U članku “Wolfram. Svojstva, primjena, proizvodnja, proizvodi” detaljno govori o vatrostalnom metalu volframu. Opisana su svojstva volframa, naznačena su područja njegove primjene. Također su navedene različite vrste volframa sa svojim značajkama.

U članku je obrađen proces proizvodnje volframa od faze obogaćivanja rude do faze dobivanja sirovina u obliku šipki i ingota. Zabilježene su karakteristične značajke svake faze.

Posebna pozornost u članku je posvećena proizvodima (žica, šipke, limovi itd.). Opisani su procesi proizvodnje jednog ili drugog proizvoda od volframa, njegove karakteristike i primjene.

Poglavlje 1. Volfram. Svojstva i primjena volframa

Volfram (označen s W) je kemijski element VI skupine 6. periode tablice D.I. Mendeljejev, ima broj 74; svijetlo sivi prijelazni metal. Najvatrostalniji metal ima talište t pl \u003d 3380 ° C. Sa stajališta primjene metalnog volframa, njegova najvažnija svojstva su gustoća, talište, električni otpor, koeficijent linearne ekspanzije.

§jedan. Svojstva volframa

Vlasništvo	Značenje
Fizička svojstva
atomski broj	74
Atomska masa, a.m.u. (g/mol)	183,84
Atomski promjer, nm	0,274
Gustoća, g / cm3	19,3
Talište, °S	3380
Vrelište, °S	5900
Specifični toplinski kapacitet, J/(g K)	0,147
Toplinska vodljivost, W/(m K)	129
Električni otpor, µOhm cm	5,5
Koeficijent linearnog toplinskog širenja, 10 -6 m/mK	4,32
Mehanička svojstva
Youngov modul, GPa	415,0
Modul smicanja, GPa	151,0
Poissonov omjer	0,29
Krajnja čvrstoća σ B, MPa	800-1100
Relativno istezanje δ, %	0

Metal ima vrlo visoko vrelište (5900 °C) i vrlo nisku stopu isparavanja čak i pri temperaturi od 2000 °C. Električna vodljivost volframa je gotovo tri puta manja od bakra. Svojstva koja ograničavaju opseg primjene volframa uključuju visoku gustoću, visoku sklonost lomljivosti pri niskim temperaturama i nisku otpornost na oksidaciju pri niskim temperaturama.

Izgledom je volfram sličan čeliku. Koristi se za stvaranje legura visoke čvrstoće. Obrada (kovanje, valjanje i izvlačenje) volfram je podložna samo zagrijavanju. Temperatura zagrijavanja ovisi o vrsti obrade. Na primjer, kovanje šipki provodi se zagrijavanjem obratka na 1450-1500 °C.

§2. Vrste volframa

Marka volframa	Karakteristika marke	Svrha uvođenja aditiva
HF	Čisti volfram (bez aditiva)	-
VA	Volfram s dodacima silicij-alkalija i aluminija	Povećanje temperature primarne rekristalizacije, čvrstoća nakon žarenja, dimenzionalna stabilnost na visokim temperaturama
VM	Volfram s dodacima silicij-alkalija i torija	Povećanje temperature rekristalizacije i povećanje čvrstoće volframa na visokim temperaturama
WT	Volfram dopiran torijevim oksidom
U I	Volfram s dodatkom itrijevog oksida	Povećanje emisijskih svojstava volframa
VL	Volfram s dodatkom lantanovog oksida	Povećanje emisijskih svojstava volframa
VR	Legura volframa i renija	Povećanje plastičnosti volframa nakon obrade na visokim temperaturama, povećanje temperature primarne rekristalizacije, čvrstoća na visokim temperaturama, električni otpor itd.
VRN	Volfram bez aditiva, u kojem je dopušten visok sadržaj nečistoća	-
MV	Legure molibdena i volframa	Povećanje čvrstoće molibdena uz zadržavanje duktilnosti nakon žarenja

§3. Primjena volframa

Volfram je naširoko korišten zbog svojih jedinstvenih svojstava. U industriji se volfram koristi kao čisti metal i u brojnim legurama.

Glavna područja primjene volframa
1. Specijalni čelici
Volfram se koristi kao jedna od glavnih komponenti ili legirajući element u proizvodnji brzoreznih čelika (sadrže 9-24% volframa W), kao i alatnih čelika (0,8-1,2% volframa W - volframovi alatni čelici; 2- 2,7 % volfram W - krom volfram silicij alatni čelici (također sadrže Cr krom i silicij Si); 2-9 % volfram W - krom volfram alatni čelici (također sadrže krom Cr); 0,5-1,6 % volfram W - krom volfram mangan alatni čelici (također sadrže krom Cr i mangan Mn). Svrdla, glodala, izbijači, matrice itd. izrađeni su od navedenih čelika. Primjeri brzoreznih čelika uključuju R6M5, R6M5K5, R6M5F3. Slovo "P" znači da čelik je brzorezni, slova “M” i “K” - da je čelik legiran s molibdenom i kobaltom, respektivno. Volfram je također dio magnetskih čelika, koji se dijele na volfram i volfram-kobalt.

2. Tvrde legure na bazi volfram karbida
Volframov karbid (WC, W 2 C) - spoj volframa s ugljikom (vidi). Ima visoku tvrdoću, otpornost na habanje i vatrostalnost. Na njegovoj osnovi stvaraju se najproduktivnije alatne tvrde legure koje sadrže 85-95% WC i 5-14% Co. Radni dijelovi alata za rezanje i bušenje izrađeni su od tvrdih legura.

3. Legure otporne na toplinu i habanje
Ove legure koriste vatrostalnost volframa. Najčešće legure volframa s kobaltom i kromom - steliti (3-5% W, 25-35% Cr, 45-65% Co). Obično se nanose uz pomoć navarivanja na površine jako istrošenih strojnih dijelova.

4. Kontaktne legure i "teške legure"
Ove legure uključuju legure volfram-bakar i volfram-srebro. To su dovoljno učinkoviti kontaktni materijali za izradu radnih dijelova noževa, prekidača, elektroda za točkasto zavarivanje itd.

5. Elektrovakuumska i električna rasvjetna oprema
Volfram u obliku žice, trake i raznih kovanih dijelova koristi se u proizvodnji električnih svjetiljki, radioelektronici i rendgenskoj tehnici. Volfram je najbolji materijal za filamente i žarne niti. Volframova žica i šipke služe kao električni grijači za visokotemperaturne peći (do ~3000 °C). Grijači od volframa rade u atmosferi vodika, inertnog plina ili vakuuma.

6. Elektrode za zavarivanje
Vrlo važno područje primjene volframa je zavarivanje. Volfram se koristi za izradu elektroda za elektrolučno zavarivanje (vidi). Volframove elektrode nisu potrošne.

Poglavlje 2 Proizvodnja volframa

§jedan. Postupak dobivanja vatrostalnog metala volframa

Volfram se obično odnosi na široku skupinu rijetkih metala. Osim ovog metala, u ovu skupinu spadaju molibden, rubidij i drugi. Rijetke metale karakterizira relativno mali opseg proizvodnje i potrošnje, kao i niska rasprostranjenost u zemljinoj kori. Niti jedan rijedak metal nije dobiven izravnom redukcijom iz sirovina. Najprije se sirovine prerađuju u kemijske spojeve. Osim toga, sve rude rijetkih metala prolaze dodatno obogaćivanje prije prerade.

U procesu dobivanja rijetkog metala mogu se razlikovati tri glavne faze:

• Razgradnja rudnog materijala je odvajanje ekstrahiranog metala iz mase prerađene sirovine i njegovo koncentriranje u otopinu ili sediment.
• Dobivanje čistih kemijskih spojeva - izolacija i pročišćavanje kemijskog spoja.
• Izolacija metala iz dobivenog spoja - dobivanje čistih rijetkih metala.

Proces dobivanja volframa također ima nekoliko faza. Sirovina su dva minerala - volframit (Fe, Mn)WO 4 i šeelit CaWO 4 . Bogate rude volframa obično sadrže 0,2 - 2% volframa.

• Obogaćivanje volframove rude. Proizvodi se gravitacijom, flotacijom, magnetskom ili elektrostatskom separacijom. Kao rezultat obogaćivanja dobiva se koncentrat volframa koji sadrži 55 - 65% volframovog anhidrida (trioksida) WO 3 . U koncentratima volframa kontrolira se sadržaj nečistoća - fosfora, sumpora, arsena, kositra, bakra, antimona i bizmuta.
• Dobivanje volframovog trioksida (anhidrida) WO 3 , koji služi kao sirovina za proizvodnju metalnog volframa ili njegovog karbida. Da biste to učinili, potrebno je izvršiti niz radnji, kao što su razgradnja koncentrata, ispiranje legure ili sinter, dobivanje tehničke volframove kiseline itd. Kao rezultat, trebao bi se dobiti proizvod koji sadrži 99,90 - 99,95% WO 3 .
• Dobivanje volframovog praha. Čisti metal u obliku praha može se dobiti iz anhidrida volframa WO 3 . Da biste to učinili, provedite postupak redukcije anhidrida vodikom ili ugljikom. Redukcija ugljikom se koristi rjeđe, jer je u ovom procesu WO 3 zasićen karbidima, što čini metal krhkijim i pogoršava obradivost. Pri dobivanju volframovog praha posebnim se metodama kontrolira njegov kemijski sastav, veličina i oblik zrna te granulometrijska struktura. Na primjer, brz porast temperature i niska brzina dovoda vodika doprinose povećanju veličine čestica praha.
• Dobivanje kompaktnog volframa. Kompaktni volfram, obično u obliku šipki ili ingota, je sirovina za proizvodnju poluproizvoda, kao što su žica, šipka, traka i tako dalje.

§2. Dobivanje kompaktnog volframa

Postoje dva načina za dobivanje kompaktnog volframa. Prvi je primjena metoda metalurgije praha. Drugi je taljenjem u elektrolučnim pećima s potrošnom elektrodom.

Metode metalurgije praha
Ova metoda proizvodnje kovkog volframa je najčešća, jer omogućuje ravnomjerniju raspodjelu aditiva koji volframu daju posebna svojstva (otpornost na toplinu, svojstva emisije i druga).

Proces dobivanja kompaktnog volframa ovom metodom sastoji se od nekoliko faza:

• šipke za prešanje od metalnog praha;
• niskotemperaturno (preliminarno) sinteriranje sirovina;
• sinteriranje (zavarivanje) sirovina;
• obrada praznina radi dobivanja poluproizvoda - volframova žica, traka, volframove šipke; Obično se praznine obrađuju pod pritiskom (kovanje) ili se podvrgavaju strojnoj obradi rezanjem (na primjer, brušenje, poliranje).

Za prah volframa postoje posebni zahtjevi. Koristite prahove smanjene samo vodikom i ne sadrže više od 0,05% nečistoća.

Koristeći opisanu metodu metalurgije praha, dobivaju se volframove šipke kvadratnog presjeka od 8x8 do 40x40 mm i duljine 280-650 mm. Na sobnoj temperaturi imaju dobru čvrstoću, ali su vrlo krhki. Važno je napomenuti da čvrstoća i krtost (suprotno svojstvo - duktilnost) pripadaju različitim skupinama svojstava. Čvrstoća je mehaničko svojstvo materijala, duktilnost je tehnološko svojstvo. Plastičnost određuje prikladnost materijala za kovanje. Ako je materijal teško kovati, onda je krt. Da bi se poboljšala duktilnost, volframove šipke kovane su u zagrijanom stanju.

Međutim, gore opisana metoda ne može proizvesti izratke velikih dimenzija velike mase, što je značajno ograničenje. Za dobivanje praznina velikih dimenzija, čija masa doseže nekoliko stotina kilograma, koristi se hidrostatsko prešanje. Ova metoda omogućuje dobivanje dijelova cilindričnog i pravokutnog presjeka, cijevi i drugih proizvoda složenog oblika. Istodobno imaju ujednačenu gustoću, ne sadrže pukotine i druge nedostatke.

Osigurač
Taljenjem se dobiva kompaktni volfram u obliku velikih gredica (od 200 do 3000 kg) namijenjenih valjanju, izvlačenju cijevi i proizvodnji proizvoda lijevanjem. Taljenje se provodi u elektrolučnim pećima s potrošnom elektrodom i/ili taljenjem elektronskim snopom.

Kod lučnog taljenja kao elektrode služe paketi sinteriranih šipki ili hidrostatski prešani sinterirani proizvodi. Taljenje se provodi u vakuumu ili atmosferi razrijeđenog vodika. Rezultat su ingoti volframa. Ingoti volframa imaju grubo zrnatu strukturu i povećanu lomljivost, što je uzrokovano visokim sadržajem nečistoća.

Kako bi se smanjio sadržaj nečistoća, volfram se prvo topi u peći s elektronskim snopom. Ali nakon ove vrste taljenja volfram također ima grubozrnatu strukturu. Stoga se tada, kako bi se smanjila veličina zrna, dobiveni ingoti tope u elektrolučnoj peći, dodajući male količine cirkonijevih ili niobijevih karbida, kao i legirajućih elemenata za davanje posebnih svojstava.

Za dobivanje fino zrnatih volframovih ingota, kao i za proizvodnju dijelova lijevanjem, koristi se lučno taljenje lubanje s ulijevanjem metala u kalup.

Poglavlje 3. Proizvodi od volframa. Šipke, žica, trake, prah

§jedan. Volframove šipke

Proizvodnja
Volframove šipke jedna su od najčešćih vrsta proizvoda od vatrostalnih metala od volframa. Polazni materijal za proizvodnju šipki je šipka.

Za dobivanje volframovih šipki šipka se kuje na rotacijskom stroju za kovanje. Kovanje se provodi u zagrijanom stanju, jer je volfram vrlo krt na sobnoj temperaturi. Postoji nekoliko faza kovanja. U svakoj sljedećoj fazi dobivaju se šipke manjeg promjera nego u prethodnoj.

Prilikom prvog kovanja mogu se dobiti volframove šipke promjera do 7 mm (pod uvjetom da šipka ima stranicu duljine 10-15 cm). Kovanje se izvodi pri temperaturi gredice od 1450-1500 °C. Molibden se obično koristi kao materijal za grijanje. Nakon drugog kovanja dobivaju se šipke promjera do 4,5 mm. Proizvodi se pri temperaturi šipke od 1300-1250 °C. Daljnjim kovanjem dobivaju se volframove šipke promjera do 2,75 mm. Treba napomenuti da se volframove šipke razreda VT, VL i VI proizvode na višoj temperaturi od šipki razreda VA i VCh.

Ako se kao početna gredica koriste ingoti volframa, koji se dobivaju taljenjem, tada se ne provodi vruće kovanje. To je zbog činjenice da ti ingoti imaju grubu makrokristalnu strukturu, a njihovo vruće kovanje može dovesti do pucanja i kvara.

U ovom slučaju, ingoti volframa podvrgavaju se dvostrukom vrućem prešanju (stupanj deformacije je oko 90%). Prvo prešanje se provodi na temperaturi od 1800-1900 °C, drugo - 1350-1500 °C. Praznine se zatim vruće kuje kako bi se proizvele volframove šipke.

Primjena
Volframove šipke naširoko se koriste u raznim industrijama. Jedna od najčešćih primjena su nepotrošive elektrode za zavarivanje. U takve svrhe prikladne su volframove šipke razreda VT, VI, VL. Također, volframove šipke razreda VA, BP, MV koriste se kao grijači. Grijači od volframa rade u pećima do 3000 °C u atmosferi vodika, inertnog plina ili u vakuumu. Volframove šipke mogu poslužiti kao katode za radio cijevi, elektroničke uređaje i uređaje s izbojem u plinu.

§2. Volframove elektrode

elektrolučno zavarivanje
Elektrode za zavarivanje jedna su od najvažnijih komponenti potrebnih za zavarivanje. Najviše se koriste u elektrolučnom zavarivanju. Spada u toplinsku klasu zavarivanja, u kojoj se taljenje vrši toplinskom energijom. Elektrolučno zavarivanje (ručno, poluautomatsko i automatsko) je najčešći postupak zavarivanja. Toplinska energija nastaje voltaičnim lukom koji gori između elektrode i proizvoda (dijela, obratka). Luk - snažno stabilno električno pražnjenje u ioniziranoj atmosferi plinova, metalnih para. Elektroda dovodi električnu struju do mjesta zavarivanja kako bi se stvorio luk.

Elektrode za zavarivanje
Elektroda za zavarivanje - presvučena (ili neobložena) žičana šipka. Postoji veliki izbor elektroda za zavarivanje. Razlikuju se po kemijskom sastavu, duljini, promjeru, određena vrsta elektrode je prikladna za zavarivanje određenih metala i legura itd. itd. Podjela elektroda za zavarivanje na potrošne i nepotrošne je jedna od najvažnijih vrsta njihove klasifikacije.

Potrošne elektrode za zavarivanje tope se tijekom procesa zavarivanja, njihov metal, zajedno s rastaljenim metalom zavarenog dijela, ide za dopunjavanje zavarenog bazena. Takve elektrode su izrađene od čelika i bakra.

Nepotrošive elektrode se ne tope tijekom zavarivanja. Ova vrsta uključuje ugljične i volframove elektrode. Kod zavarivanja nepotrošljivim volframovim elektrodama potrebna je dostava dodatnog materijala (obično žice ili šipke za zavarivanje) koji se topi i zajedno s rastaljenim materijalom zavarenog dijela formira zavarenu kupku.

Također, elektrode za zavarivanje su obložene i neobložene. Pokrivenost igra važnu ulogu. Njegove komponente mogu osigurati proizvodnju metala za zavarivanje zadanog sastava i svojstava, stabilno gorenje luka, zaštitu rastaljenog metala od izlaganja zraku. Sukladno tome komponente prevlake mogu biti legirajuće, stabilizirajuće, plinotvorne, šljakotvorne, deoksidirajuće, a sama prevlaka može biti kisela, rutilna, bazična ili celulozna.

Zavarivanje volfram elektrode
Kao što je ranije navedeno, volframove elektrode nisu potrošni materijal i koriste se u zavarivanju zajedno sa žicom za punjenje. Ove se elektrode uglavnom koriste za zavarivanje obojenih metala i njihovih legura (volframova elektroda s dodatkom cirkonija), visokolegiranih čelika (volframova elektroda s dodatkom EWT torija), a volframova elektroda je vrlo prikladna za dobivanje zavara povećane čvrstoće, a dijelovi koji se zavaruju mogu biti različitog kemijskog sastava.

Prilično uobičajeno je zavarivanje pomoću volframovih elektroda u argonu. Ovo okruženje ima pozitivan učinak na proces zavarivanja i kvalitetu zavara. Volframove elektrode mogu biti izrađene od čistog volframa ili sadržavati razne dodatke koji poboljšavaju kvalitetu procesa zavarivanja i zavara. Značajka nepotrošnih elektroda za zavarivanje od čistog volframa (na primjer, volframova elektroda marke EHF) nije baš dobro paljenje luka.

Paljenje luka odvija se u tri faze:

• kratki spoj elektrode na obratku;
• uklanjanje elektrode na malu udaljenost;
• pojava stabilnog lučnog pražnjenja.

Cirkonij se dodaje volframovim elektrodama kako bi se poboljšalo paljenje luka i postigla visoka stabilnost luka tijekom zavarivanja. Torijacija (volframova elektroda EVT-15) također poboljšava paljenje luka i produljuje životni vijek elektroda za zavarivanje. Dodavanje itrija volframovim elektrodama (volframova elektroda EVI-1, EVI-2, EVI-3) omogućuje njihovu primjenu u različitim strujnim medijima. Na primjer, može postojati AC ili DC luk. U prvom slučaju, zavarivački luk se napaja iz izvora izmjenične struje. Razlikovati jednofazno i ​​trofazno napajanje lukom. U drugom - iz izvora istosmjerne struje.

Argonsko zavarivanje (Elučno zavarivanje nepotrošnom volframovom elektrodom u okruženju argona) Ova vrsta zavarivanja se dokazala kod zavarivanja obojenih metala kao što su molibden, titan, nikal, kao i visokolegiranih čelika. Ovo je vrsta elektrolučnog zavarivanja gdje je izvor topline potrebne za stvaranje zavarene kupke električna struja. U ovoj vrsti argonolučnog zavarivanja glavni elementi su volframova elektroda i inertni plin argon. Argon se dovodi do volframove elektrode tijekom zavarivanja i štiti nju, zonu luka i zavarenu kupku od atmosferske mješavine plinova (dušik, vodik, ugljični dioksid). Ova zaštita uvelike poboljšava karakteristike kvalitete zavara, a također štiti volframove elektrode za zavarivanje od brzog izgaranja u zraku. Plin argon može se koristiti pri zavarivanju velikog broja metala i legura, jer je inertan.

Standardi za volframove elektrode
U Rusiji se nepotrošne volframove elektrode proizvode u skladu sa zahtjevima standarda i specifikacija. Među njima: GOST 23949-80„Volframove elektrode za zavarivanje, nepotrošni. Tehnički podaci"; TU 48-19-27-88“Volfram lantaniziran u obliku poluga. Tehnički podaci"; TU 48-19-221-83„Šipke izrađene od itriranog volframa kvalitete SVI-1. Tehnički podaci"; TU 48-19-527-83„Nepotrošne elektrode za zavarivanje od volframa EVCh i EVL-2. Tehnički podaci".

§3. Volframova žica

Proizvodnja
Volframova žica jedna je od najčešćih vrsta proizvoda izrađenih od ovog vatrostalnog metala. Polazni materijal za njegovu proizvodnju su kovane volframove šipke promjera 2,75 mm.

Izvlačenje žice provodi se na temperaturi od 1000 °C na početku procesa i 400-600 °C na kraju. U ovom slučaju, ne samo da se žica zagrijava, već i matrica. Zagrijavanje se vrši plamenom plinskog plamenika ili električnim grijačem.

Izvlačenje žice promjera do 1,26 mm izvodi se na stolu za ravno lančano izvlačenje, unutar promjera od 1,25-0,5 mm - na blok mlinu s promjerom zavojnice od ~ 1000 mm, promjerom od 0,5-0,25 - na strojevi za pojedinačno crtanje .

Kao rezultat kovanja i izvlačenja, struktura obratka postaje vlaknasta, koja se sastoji od kristalnih fragmenata izduženih duž osi obrade. Ova struktura dovodi do naglog povećanja čvrstoće volframove žice.

Nakon izvlačenja, volframova žica se premaže grafitnom mašću. Površina žice mora biti očišćena. Čišćenje se provodi žarenjem, kemijskim ili elektrolitičkim jetkanjem, elektrolitičkim poliranjem. Poliranje može povećati mehaničku čvrstoću volframove žice za 20-25%.

Primjena
Volframova žica se koristi za izradu otpornih elemenata u pećima za grijanje koje rade na vodik, neutralni plin ili vakuum na temperaturama do 3000 °C. Također, volframova žica se koristi za proizvodnju termoparova. Za to se koristi legura volfram-renija s 5% renija i legura volfram-renija s 20% renija ( VR 5/20).

NA GOST 18903-73“Žica od volframa. Asortiman” označava područja primjene žica razreda VA, VM, VRN, VT-7, VT-10, VT-15. VA volframova žica, ovisno o skupini, površinskom stanju i metalu, promjeru, koristi se za izradu spirala žarulja sa žarnom niti i drugih izvora svjetlosti, spiralnih katoda i grijača za elektroničke uređaje, opruga za poluvodičke uređaje, petljnih grijača, nespiralnih katode, rešetke, opruge za elektroničke uređaje. Žica razreda VRN koristi se u proizvodnji čahura, traverzi i drugih dijelova uređaja koji ne zahtijevaju upotrebu volframa s posebnim dodacima.

§ četiri. Volframov prah

Čisti prah volframa služi kao sirovina za proizvodnju kompaktnog volframa (vidi). Volframov karbid WC, koji također izgleda kao prah, koristi se za izradu tvrdih legura.

Ovisno o namjeni, volframov prah se razlikuje po prosječnoj veličini čestica, skupu zrna i drugim parametrima.

Glavna nečistoća u prahu volframa je kisik (0,05 - 0,3%). Metalne nečistoće sadržane su u prahu volframa u vrlo malim količinama. Često se u prah volframa dodaju aditivi iz drugih metala koji poboljšavaju određena svojstva konačnog proizvoda. Kao aditivi često se koriste aluminij, torij, lantan i drugi.

VA volframov prah, koji se koristi za proizvodnju žice, sadrži ravnomjerno raspoređene dodatke silicij-alkalije i aluminij (0,32% K 2 O; 0,45% SiO 2; 0,03% Al 2 O 3), vatrostalni metalni prah volframa BT - torij aditiv oksida (0,7 - 5%), VL - aditiv lantanovog oksida (~ 1% La 2 O 3), VI - aditiv itrijevog oksida (~ 3% Y 2 O 3), VM - aditivi silicija i torija (0,32% K 2 O, 0,45% SiO2, 0,25% ThO2).

§5. Volframove trake (listovi, trake, folije, ploče)

Proizvodnja
U pravilu se plosnati proizvodi od volframa - limovi, trake, ploče, folije - dobivaju pomoću dvije operacije - ravnog kovanja i valjanja. Kao praznine koriste se volframove šipke različitih veličina.

Prvo, volframove šipke su ravno kovane pneumatskim čekićem. Kovanje se izvodi na temperaturi od 1500-1700 °C, koja se s razvojem deformacije smanjuje na 1200-1300 °C. Operacija kovanja se nastavlja sve dok se ne dobije otkovak debljine 8-10 mm (s presjekom šipke 25x25 mm) ili 4-5 mm (s presjekom šipke 12x12 mm).

Zatim se dobiveni otkivci podvrgavaju valjanju na valjaonicama. Na početku procesa valjanja obradaci se zagrijavaju na 1300-1400 °C, zatim se temperatura snižava na 1000-1200 °C. Vrućim valjanjem proizvode se limovi, trake i ploče od volframa debljine do 0,6 mm. Da bi se dobili limovi, trake i ploče manje veličine, provodi se hladno valjanje. Za dobivanje tankih listova volframa debljine do 0,125 mm i trake (folije) debljine 0,02-0,03 mm koristi se valjanje u paketima. Paket se sastoji od nekoliko volframovih traka jednake debljine i debljih ploča od molibdena koje leže na vrhu volframovih traka. Molibdenske ploče su duktilnije i deformiraju se brže od volframovih ploča. Kao rezultat toga, tijekom valjanja postaju tanji od volframovih traka. Nakon jednog ili više prijelaza, molibdenske ploče moraju se zamijeniti novima tako da debljina paketa ostane približno konstantna. Treba napomenuti da je svrha ovog procesa proizvodnja tanke volframove trake (folije). Molibdenske ploče ovdje su potrošni materijal koji je neophodan za provedbu valjanja u paketima.

Ingoti volframa, koji se dobivaju taljenjem, također mogu poslužiti kao praznine za volframove trake, ploče i listove (vidi). Ingoti su prethodno prešani. Pravokutni komadi debljine 20-25 mm i širine 50-60 mm dobivaju se prešanjem iz ingota promjera 70-80 mm. Potom se obrasci deformiraju na prešama s dva valjka.

Volfram listovi V-MP
V-MP ploče od volframa imaju široku primjenu u industriji. Izrađuju se od praha volframa PV1 i PV2, koji sadrži 99,98% W. Listovi i ploče V-MP moraju imati debljinu od 0,5-45 mm, rubovi su odrezani. Listovi se mogu strojno obrađivati ​​prema zahtjevima kupaca. GOST 23922-79“V-MP ploče od volframa. Tehnički podaci".

Primjena
Zbog visoke otpornosti na toplinu, ploče od volframa, kao i drugi proizvodi od ovog vatrostalnog metala, koriste se u uvjetima ekstremno visokih temperatura. Od volframovih limova izrađuju se različiti dodaci za visokotemperaturne peći - toplinski štitovi, postolja i drugi elementi za pričvršćivanje. Sputtered mete izrađene od volframa, koje su izrađene u obliku ploča, koriste se za tanke filmove barijere pri metalizaciji poluvodičkih komponenti integriranih sklopova. U industriji nuklearne energije, ploče od volframa koriste se kao štitovi za prigušivanje protoka radioaktivnog zračenja.

§6. Legure volframa s renijem

Zaseban stavak treba uključiti legure volframa i renija i proizvode izrađene od tih legura. Ovdje ćemo detaljnije razmotriti legure razreda BP5 i BP20.

Legure ova dva metala su otporne na toplinu. Dopiranje volframa drugim metalima snižava njegovo talište. Ali kada se legira s vatrostalnim metalom, talište legure ne smanjuje se tako značajno. Volfram (W) i renij (Re) su vatrostalni metali.

Kada se renij koristi kao aditiv, opaža se "učinak renija". 5% renija povećava otpornost na toplinu i duktilnost volframa. Pri sadržaju renija od 20-30% opaža se optimalna kombinacija čvrstoće i duktilnosti s visokom obradivošću. Također, prednosti volfram-renijevih legura uključuju nisku stopu isparavanja pri radnim temperaturama i visok električni otpor.

Legure volframa s renijem, poput kompaktnog volframa, dobivaju se metalurgijom praha i taljenjem.

Zanimljivo područje primjene ovih legura je mjerenje temperature. Volfram-renijeva žica VR5 (5% Re, ostatak - W) i VR20 (20% Re, ostatak - W) koriste se za proizvodnju visokotemperaturnih termoparova.

Glavna prednost takvih termoparova je raspon izmjerenih temperatura. Jer legure VR 5/20 su otporni na toplinu, tada je uz pomoć termoparova izrađenih od odgovarajuće žice moguće mjeriti temperature iznad 2000 °C. Međutim, termoparovi ove vrste moraju biti u inertnom okruženju.

Najčešće se za proizvodnju termoparova koristi volfram-renijeva termoelektroda žica VR5, VR20 Ø 0,2; 0,35; 0,5 mm.

§7. Volfram karbidi

Vrlo važni s praktičnog gledišta su spojevi volframa s ugljikom - volfram karbidi. Volfram stvara dva karbida - W 2 C i WC. Ovi se karbidi razlikuju po topljivosti u karbidima drugih vatrostalnih metala i kemijskom ponašanju u različitim kiselinama. Volframovi karbidi, kao i karbidi drugih vatrostalnih metala, imaju metalnu vodljivost i pozitivan koeficijent električnog otpora. Vatrostalnost i velika tvrdoća karbida posljedica je jakih međuatomskih veza u njihovim kristalima. Štoviše, visoka tvrdoća WC karbida zadržava se na povišenim temperaturama.

Najčešća metoda za dobivanje volframovih karbida WC i W 2 C je kalcinacija smjese volframa u prahu s čađom u temperaturnom području od 1000-1500 °C.

Volfram karbidi WC i W 2 C uglavnom se koriste za proizvodnju tvrdih legura.

Karbid
Postoje 2 skupine tvrdih legura na bazi volfram karbida:

• lijevane tvrde legure (često se nazivaju lijevani volfram karbidi);
• sinterirane tvrde legure.

Lijevani karbid dobiven lijevanjem. Za dobivanje legure obično dolazi volfram u prahu, karbid s nedostatkom ugljika (do 3% C) ili mješavina WC + W, u kojoj sadržaj ugljika ne prelazi 3%. Finozrnata struktura ove vrste karbida osigurava veću tvrdoću i otpornost na trošenje legure. Međutim, lijevane legure su prilično krte. Ova okolnost ograničava njihovu primjenu. Uglavnom se lijevane tvrde legure koriste u proizvodnji alata za bušenje i alata za izvlačenje za fino izvlačenje žice.

Sinterirani karbid kombiniraju volfram monokarbid WC i metal za cementnu vezu, koji je obično kobalt, rjeđe nikal. Takve se legure mogu dobiti samo metalurgijom praha. Prah volfram karbida i prah kobalta ili nikla se miješaju, prešaju u proizvode potrebnog oblika, a zatim sinteriraju na temperaturama blizu tališta metala za cementiranje. Osim visoke tvrdoće i otpornosti na trošenje, ove legure imaju dobru čvrstoću. Sinterirane tvrde legure su najproduktivniji suvremeni alatni materijali za rezanje metala. Također se koriste za izradu matrica, matrica, alata za bušenje. Među tvrdim legurama, za čiju se proizvodnju koristi volframov karbid, valja istaknuti legure VK grupe - tvrde legure volfram-kobalt. Rasprostranjen u industriji VK8 legure i VK6. Od njih se izrađuju glodala, svrdla, glodala, kao i drugi alati za rezanje i bušenje.

Zaključak

Ovaj članak raspravlja o različitim aspektima vezanim uz VOLFRAM vatrostalni metal - svojstva, primjene, proizvodnja, proizvodi.

Kao što je opisano u članku, proces dobivanja ovog metala sastoji se od mnogo faza i prilično je naporan. Autori su nastojali istaknuti najznačajnije faze proizvodnje volframa i obratiti pozornost na bitne karakteristike.

Pregled svojstava i primjene volframa pokazuje da je to vrlo važan materijal, bez kojeg je jednostavno nemoguće u nekim industrijama. Ima jedinstvena svojstva koja se u nekim situacijama ne mogu postići korištenjem drugih materijala.

Pregled proizvoda od volframa koje proizvodi industrija - žice, šipke, limovi, prah - omogućuje bolje razumijevanje njihovih značajki, važnih svojstava i specifične primjene.

Svojstva volframa

Volfram- to je metal. Nema ga u vodi mora, nema ga u zraku, a u zemljinoj kori ga ima samo 0,0055%. Takav volfram, element, zauzevši 74. poziciju u . Za industriju ga je "otvorila" Svjetska izložba u glavnom gradu Francuske. Dogodilo se 1900. godine. Na izložbi su predstavljeni volframov čelik.

Sastav je bio toliko tvrd da je mogao prorezati svaki materijal. ostao "nepobjediv" čak i na temperaturama od tisuća stupnjeva, stoga je nazvan otporan na crveno. Proizvođači iz različitih zemalja koji su posjetili izložbu preuzeli su razvoj u službu. Proizvodnja legiranog čelika poprimila je globalne razmjere.

Zanimljivo je da je sam element otkriven još u 18. stoljeću. Godine 1781. Šveđanin Scheeler eksperimentirao je s mineralom volframom. Kemičar ga je odlučio staviti u dušičnu kiselinu. U produktima raspadanja znanstvenik je otkrio nepoznati sivi metal srebrnastog sjaja. Mineral na kojem su pokusi provedeni kasnije je preimenovan u šeelit, a novi element nazvan volfram.

Međutim, trebalo je dosta vremena za proučavanje njegovih svojstava, pa je dostojna primjena za metal pronađena mnogo kasnije. Ime je odmah odabrano. Riječ volfram postojao i prije. Španjolci su ovo nazvali jednim od minerala pronađenih u naslagama zemlje.

Sastav kamena je doista uključivao element broj 74. Izvana, metal je porozan, kao da je pjenjen. Pa nam je dobro došla još jedna analogija. Na njemačkom volfram doslovno znači "vučja pjena".

Točka taljenja metala natječe se s vodikom, a on je element koji je najotporniji na temperaturu. Stoga, i instalirati indeks omekšavanja volframa nije mogao stotinu godina. Nije bilo peći koje su mogle zagrijati do nekoliko tisuća stupnjeva.

Kada se "prozrela" "dobrobit" srebrno-sivog elementa, počeo se rudariti u industrijskim razmjerima. Za izložbu 1900. metal je ekstrahiran na starinski način s dušičnom kiselinom. Međutim, volfram se još uvijek vadi na ovaj način.

Rudarstvo volframa

Najčešće se trioksid prvo dobiva iz rudnog otpada. Obrađuje se na 700 stupnjeva, dobivajući čisti metal u obliku prašine. Da bi se čestice omekšale, potrebno je pribjeći samo vodiku. U tome volfram se topi na tri tisuće Celzijevih stupnjeva.

Legura ide na rezače, rezače cijevi, rezače. za obradu metala sa primjena volframa poboljšati točnost proizvodnje dijelova. Kada su izložene metalnim površinama, trenje je veliko, što znači da su radne površine vrlo vruće. Strojevi za rezanje i poliranje bez elementa br. 74 mogu se sami rastaliti. To čini rez netočnim, nesavršenim.

Volfram nije samo teško taliti, već ga je i obraditi. U ljestvici tvrdoće, metal zauzima deveto mjesto. Isti broj šiljaka ima i korund, od čijih se mrvica, na primjer, pravi nož. Samo je dijamant tvrđi. Stoga se uz njegovu pomoć obrađuje volfram.

Primjena volframa

„Postojanost“ 74. elementa privlači. Proizvodi izrađeni od legura sa sivo-srebrnim metalom ne mogu se ogrebati, savijati, slomiti, osim ako se, naravno, ne struže po površini ili istim dijamantima.

Nakit od volframa ima još jedan neosporan plus. Ne izazivaju alergijske reakcije, za razliku od zlata, srebra, platine i, još više, njihovih legura s ili. Za nakit se koristi volframov karbid, odnosno njegova kombinacija s ugljikom.

Prepoznata je kao najtvrđa legura u povijesti čovječanstva. Njegova polirana površina savršeno odbija svjetlost. Zlatari ga zovu "sivo ogledalo".

Usput, nakit obrtnici su svoju pozornost usmjerili na volfram nakon što su se sredinom 20. stoljeća od te tvari počele izrađivati ​​jezgre metaka, čahure i ploče za pancirke.

Pritužbe kupaca o krhkosti vrhunskih standarda i srebrnog nakita natjerale su draguljare da razmišljaju o novom elementu i pokušaju ga primijeniti u svojoj industriji. Osim toga, cijene su počele oscilirati. Volfram je postao alternativa žutom metalu koji se više ne doživljava kao investicija.

Biti plemeniti metal vrijednosti volframa puno novca. Za kilogram u veleprodaji traže najmanje 50 dolara. Svjetska industrija troši 30 tisuća tona elementa br. 74 godišnje. Više od 90% apsorbira metalurška industrija.

Samo napravljen od volframa spremnici za skladištenje nuklearnog otpada. Metal ne propušta destruktivne zrake. Rijedak element dodaje se legurama za proizvodnju kirurških instrumenata.

Ono što se ne iskoristi u metalurške svrhe uzima kemijska industrija. Spojevi volframa s fosforom, na primjer, osnova su lakova i boja. Ne ruše se, ne blijede od sunčevih zraka.

ALI otopina natrijeva volframata otporan na vlagu i vatru. Postaje jasno što su impregnirane vodootporne i vatrootporne tkanine za odijela ronilaca i vatrogasaca.

Naslage volframa

U Rusiji postoji nekoliko nalazišta volframa. Nalaze se na Altaju, Dalekom istoku, Sjevernom Kavkazu, Čukotki i Burjatiji. Izvan zemlje, metal se vadi u Australiji, SAD-u, Boliviji, Portugalu, Južnoj Koreji i Kini.

Čak postoji legenda u Nebeskom Carstvu o mladom istraživaču koji je došao u Kinu potražiti limeni kamen. Student se nastanio u jednoj od kuća u Pekingu.

Nakon bezuspješne potrage, tip je volio slušati priče vlasnikove kćeri. Jedne večeri ispričala je priču o tamnom kamenju od kojeg je sagrađena kućna peć. Ispostavilo se da su blokovi padali sa litice u dvorište zgrade. Dakle, student nije pronašao, već je pronašao volfram.

Kemija

Element broj 74 volfram obično se klasificira kao rijedak metal: njegov sadržaj u zemljinoj kori procjenjuje se na 0,0055%; nema ga u morskoj vodi, nije se mogao detektirati u sunčevom spektru. No, po popularnosti se može natjecati s mnogim nimalo rijetkim metalima, a njegovi minerali bili su poznati davno prije otkrića samog elementa. Dakle, još u 17.st. u mnogim europskim zemljama poznavali su "volfram" i "volfram" - tako su se tada zvali najčešći minerali volframa - volframit i šeelit. I osnovno volfram je otkriven u posljednjoj četvrtini 18. stoljeća.

Volframova ruda

Vrlo brzo je ovaj metal dobio praktičnu važnost - kao aditiv za legiranje. A nakon Svjetske izložbe 1900. u Parizu, gdje su demonstrirani uzorci brzoreznog volframovog čelika, element broj 74 počeli su koristiti metalurzi u svim više ili manje industrijaliziranim zemljama. Glavna značajka volframa kao aditiva za legiranje je da čeliku daje crvenu tvrdoću - omogućuje vam održavanje tvrdoće i čvrstoće na visokim temperaturama. Štoviše, većina čelika gubi svoju tvrdoću kada se ohladi na zraku (nakon držanja na temperaturi bliskoj temperaturi crvenog zagrijavanja). Ali volfram - ne.
Alat, izrađen od volframovog čelika, podnosi ogromne brzine najintenzivnijih procesa obrade metala. Brzina rezanja takvog alata mjeri se desecima metara u sekundi.
Moderni brzorezni čelici sadrže do 18% volframa (ili volframa s molibdenom), 2-7% kroma i malu količinu kobalta. Oni zadržavaju svoju tvrdoću na 700-800 ° C, dok obični čelik počinje omekšavati kada se zagrije na samo 200 ° C. "Stelliti" - legure imaju još veću tvrdoću
volfram a s kromom i kobaltom (bez željeza) i posebno volfram karbidi – njegovi spojevi s ugljikom. "Vidljiva" legura (volfram karbid, 5-15% kobalta i mala primjesa titan karbida) je 1,3 puta tvrđa od običnog volframovog čelika i zadržava tvrdoću do 1000-1100 ° C. Rezači iz ove legure mogu se ukloniti u minuta do 1500-2000 m željeznih strugotina. Mogu brzo i precizno obraditi "kapriciozne" materijale: broncu i porculan, staklo i ebonit; u isto vrijeme, sam alat se vrlo malo istroši.
Početkom XX. stoljeća. volframova nit počela se koristiti u električnim žaruljama: omogućuje vam da dovedete toplinu do 2200 ° C i ima visoku svjetlosnu snagu. I u tom svojstvu, volfram je do danas apsolutno neophodan. Očito je to razlog zašto se žarulja u jednoj popularnoj pjesmi naziva "volframovo oko".

Minerali i rude volframa

Volfram se u prirodi javlja uglavnom u obliku oksidiranih kompleksnih spojeva koje tvore volframov trioksid WO 3 i oksidi željeza i mangana ili kalcija, a ponekad i olova, bakra, torija i elemenata rijetke zemlje. Najčešći mineral, volframit, čvrsta je otopina volframata (soli volframove kiseline) željeza i mangana (mFeW0 4 *nMnW0 4). Ova otopina su teški i tvrdi smeđi ili crni kristali, ovisno o tome koji spoj prevladava u njihovom sastavu. Ako ima više pobnerita (spojeva mangana), kristali su crni, ali ako prevladava ferberit koji sadrži željezo, oni su smeđi. Volframit je paramagnetik i dobar vodič elektriciteta.
Od ostalih volframovih minerala od industrijske je važnosti šeelit, kalcijev volframat CaW04. Formira kristale, sjajne poput stakla, svijetložute, ponekad gotovo bijele boje. Šeelit je nemagnetičan, ali ima još jednu karakterističnu osobinu - sposobnost luminiscencije. Kada se osvijetli ultraljubičastim zrakama, u mraku fluorescira jarko plavo. Primjesa molibdena mijenja boju sjaja šeelita: postaje blijedoplava, a ponekad čak i kremasta. Ovo svojstvo šeelita, koje se koristi u geološkim istraživanjima, služi kao značajka pretraživanja koja vam omogućuje otkrivanje mineralnih naslaga.
Ležišta volframovih ruda teološki su povezana s područjima rasprostranjenosti granita. Najveća inozemna nalazišta volframita i šeelita nalaze se u Kini, Burmi, SAD-u, Boliviji i Portugalu. Naša zemlja također ima značajne rezerve minerala volframa, njihova glavna nalazišta su na Uralu, Kavkazu i Transbaikaliji.
Veliki kristali volframita ili šeelita vrlo su rijetki. Obično su minerali volframa samo prošarani u drevnim granitnim stijenama - prosječna koncentracija volframa na kraju je u najboljem slučaju 1-2%. Stoga je vrlo teško izdvojiti volfram iz ruda.

Kako se dobiva volfram

Prva faza je obogaćivanje rude, odvajanje vrijednih komponenti iz glavne mase - otpadne stijene. Metode koncentriranja uobičajene su za teške rude i metale: mljevenje i flotacija nakon čega slijedi magnetska separacija (za volframitne rude) i oksidativno prženje.
Dobiveni koncentrat najčešće se sinterira s viškom sode kako bi se volfram pretvorio u topljivi spoj, natrijev volframat. Drugi način dobivanja ove tvari je ispiranje; volfram se ekstrahira otopinom sode pod tlakom i na povišenoj temperaturi (proces se odvija u autoklavu), nakon čega slijedi neutralizacija i taloženje u obliku umjetnog šeelita, tj. kalcijeva volframata. Želja da se dobije točno volframat objašnjava se činjenicom da je iz njega relativno jednostavno, u samo dvije faze:
CaW0 4 → H 2 W0 4 ili (NH 4) 2 W0 4 → WO 3, može se izolirati volframov oksid pročišćen od većine nečistoća.
Postoji još jedan način dobivanja volframovog oksida - kroz kloride. Koncentrat volframa obrađuje se plinovitim klorom na povišenoj temperaturi. Rezultirajuće volframove kloride prilično je lako odvojiti od klorida drugih metala sublimacijom, koristeći temperaturnu razliku pri kojoj te tvari prelaze u parovito stanje. Rezultirajući volframovi kloridi mogu se pretvoriti u oksid ili se mogu izravno koristiti za preradu u elementarni metal.

Transformacija oksida ili klorida u metal sljedeći je korak u proizvodnji volframa. Najbolji redukcijski agens za volframov oksid je vodik. Kada se reducira vodikom, dobiva se najčišći metalni volfram. Proces redukcije odvija se u cijevnim pećima grijanim na način da, krećući se duž cijevi, "čamac" s W0 3 prolazi kroz nekoliko temperaturnih zona. Prema njemu teče mlaz suhog vodika. Oporavak se događa iu "hladnim" (450-600 ° C) iu "vrućim" (750-1100 ° C) zonama; u "hladnom" - do najnižeg oksida W0 2, zatim - do elementarnog metala. Ovisno o temperaturi i trajanju reakcije u "vrućoj" zoni, mijenja se čistoća i veličina zrna volframa u prahu koji se oslobađa na stijenkama "čamca".
Oporavak se može odvijati ne samo pod djelovanjem vodika. U praksi se često koristi ugljen. Korištenje krutog redukcijskog sredstva donekle pojednostavljuje proizvodnju, ali u ovom slučaju potrebna je viša temperatura - do 1300-1400 ° C. Osim toga, ugljen i nečistoće koje uvijek sadrži reagiraju s volframom, tvoreći karbide i druge spojeve. To dovodi do kontaminacije metala. U međuvremenu, elektrotehnika treba vrlo čisti volfram. Samo 0,1% željeza čini volfram lomljivim i neprikladnim za izradu najtanje žice.
Proizvodnja volframa iz klorida temelji se na procesu pirolize. Volfram tvori nekoliko spojeva s klorom. Uz pomoć viška klora, svi se oni mogu pretvoriti u najviši klorid - WCl 6, koji se raspada u volfram i klor na 1600 ° C. U prisutnosti vodika, ovaj proces se odvija već na 1000 ° C.
Tako se dobiva metalni volfram, ali ne kompaktan, već u obliku praha, koji se zatim preša u struji vodika na visokoj temperaturi. U prvoj fazi prešanja (kada se zagrije na 1100-1300 ° C) formira se porozni krhki ingot. Prešanje se nastavlja na još višoj temperaturi, gotovo dostižući talište volframa na kraju. U tim uvjetima metal postupno postaje čvrst, dobiva vlaknastu strukturu, a s njom i plastičnost i kovnost.

Glavna svojstva

Volfram se razlikuje od svih drugih metala po svojoj posebnoj ozbiljnosti, tvrdoći i vatrostalnosti. Odavno je poznat izraz "težak kao olovo". Ispravnije bi bilo reći: "Teška, poput volframa." Gustoća volframa je gotovo dvostruko veća od gustoće olova, točnije 1,7 puta. U isto vrijeme, njegova atomska masa je nešto niža: 184 naspram 207.

Po vatrostalnosti i tvrdoći volfram i njegove legure zauzimaju najviša mjesta među metalima. Tehnički čisti volfram tali se na 3410° C, a vrije tek na 6690° C. Tolika je temperatura na površini Sunca!
A "kralj vatrostalnosti" izgleda prilično obično. Boja volframa uvelike ovisi o načinu dobivanja. Taljeni volfram je sjajni sivi metal koji je najsličniji platini. Volframov prah - siv, tamno siv pa čak i crn (što je sitnije zrno, to je tamnije).

Kemijska aktivnost

Prirodni volfram sastoji se od pet stabilnih izotopa s masenim brojevima od 180 do 186. Osim toga, u nuklearnim reaktorima, kao rezultat različitih nuklearnih reakcija, nastaje još 8 radioaktivnih izotopa volframa s masenim brojevima od 176 do 188; svi su relativno kratkotrajni, s poluvremenima u rasponu od nekoliko sati do nekoliko mjeseci.
Sedamdeset i četiri elektrona atoma volframa raspoređena su oko jezgre na takav način da je šest od njih u vanjskim orbitama i mogu se razdvojiti relativno lako. Stoga je maksimalna valencija volframa šest. Međutim, struktura ovih vanjskih orbita je posebna - sastoje se, takoreći, od dva "sloja": četiri elektrona pripadaju pretposljednjoj razini -d, koja se, prema tome, ispostavlja da je manje od pola ispunjena. (Poznato je da je broj elektrona u ispunjenoj razini d deset.) Ova četiri elektrona (naizgled nesparena) mogu lako formirati kemijsku vezu. Što se tiče dva "najudaljenija" elektrona, vrlo ih je lako otkinuti.
Strukturne značajke elektronske ljuske objašnjavaju visoku kemijsku aktivnost volframa. U spojevima nije samo heksavalentan, već i pet-, četvero-, tro-, dvo- i nul-valentan. (Nepoznati su samo spojevi jednovalentnog volframa).
Aktivnost volframa očituje se u činjenici da reagira s velikom većinom elemenata, tvoreći mnoge jednostavne i složene spojeve. Čak iu legurama, volfram je često kemijski vezan. A s kisikom i drugim oksidacijskim agensima, lakše komunicira od većine teških metala.
Reakcija volframa s kisikom događa se pri zagrijavanju, osobito lako u prisutnosti vodene pare. Ako se volfram zagrijava na zraku, tada se na 400-500 ° C na metalnoj površini formira stabilni niži oksid W0 2; cijela je površina prekrivena smeđim filmom. Pri višoj temperaturi prvo se dobiva plavi intermedijarni oksid W 4 O 11, a zatim limun-žuti volframov trioksid W0 3, koji sublimira na 923 ° C.

Suhi fluor se spaja s fino mljevenim volframom čak i uz lagano zagrijavanje. U ovom slučaju nastaje WF6 heksafluorid - tvar koja se tali na 2,5 ° C i vrije na 19,5 ° C. Sličan spoj - WCl 6 - dobiva se reakcijom s klorom, ali samo na 600 ° C. Čelično-plavi kristali WCl 6 se tali na 275 ° C i vrije na 347 ° C. S bromom i jodom, volfram tvori nestabilne spojeve: penta- i dibromid, tetra- i dijod.
Na visokim temperaturama volfram se spaja sa sumporom, selenom i telurijem, s dušikom i borom, s ugljikom i silicijem. Neki od ovih spojeva su vrlo tvrdi i imaju druga izvanredna svojstva.
Karbonil W(CO) 6 je vrlo zanimljiv. Ovdje se volfram kombinira s ugljikovim monoksidom i stoga ima nultu valenciju. Volfram karbonil je nestabilan; dobiva se pod posebnim uvjetima. Pri 0°C izdvaja se iz odgovarajuće otopine u obliku bezbojnih kristala, sublimira pri 50°C, a potpuno se raspada pri 100°C. Ali upravo ovaj spoj omogućuje dobivanje tankih i gustih premaza od čistog volframa.
Ne samo sam volfram, nego i mnogi njegovi spojevi su vrlo aktivni. Konkretno, volframov oksid WO 3 može se polimerizirati. Kao rezultat toga nastaju takozvani izopolispojevi i heteropolispojevi: molekule potonjih mogu sadržavati više od 50 atoma.

legure

S gotovo svim metalima volfram tvori legure, ali ih nije tako lako dobiti. Činjenica je da općeprihvaćene metode fuzije u ovom slučaju u pravilu nisu primjenjive. Na talištu volframa većina drugih metala već se pretvara u plinove ili vrlo hlapljive tekućine. Stoga se legure koje sadrže volfram obično proizvode metodama metalurgije praha.
Kako bi se izbjegla oksidacija, sve operacije se izvode u atmosferi vakuuma ili argona. Radi se ovako. Najprije se preša mješavina metalnog praha, potom sinterira i podvrgava lučnom taljenju u električnim pećima. Ponekad se jedan prah volframa preša i sinterira, a tako dobiveni porozni izradak impregnira se tekućom talinom drugog metala: dobivaju se takozvane pseudolegure. Ova metoda se koristi kada je potrebno dobiti leguru volframa s bakrom i srebrom.

S kromom i molibdenom, niobijem i tantalom volfram daje obične (homogene) legure u bilo kojem omjeru. Već mali dodaci volframa povećavaju tvrdoću ovih metala i njihovu otpornost na oksidaciju.
Složenije su legure sa željezom, niklom i kobaltom. Ovdje, ovisno o omjeru komponenata, nastaju ili čvrste otopine ili intermetalni spojevi (kemijski spojevi metala), a u prisutnosti ugljika (koji je uvijek prisutan u čeliku), miješani karbidi volframa i željeza daju metalu još veću tvrdoću .
Kada se volfram spoji s aluminijem, berilijem i titanom nastaju vrlo složeni spojevi: u njima se nalazi od 2 do 12 atoma lakih metala po atomu volframa. Ove legure su otporne na toplinu i otporne na oksidaciju na visokim temperaturama.
U praksi se legure volframa najčešće koriste ne s jednim metalom, već s nekoliko. Takve su osobito kiselootporne legure volframa s kromom i kobaltom ili niklom (amala); izrađuju kirurške instrumente. Najbolji stupnjevi magnetskog čelika sadrže volfram, željezo i kobalt. A u posebnim legurama otpornim na toplinu, osim volframa, nalaze se krom, nikal i aluminij.
Od svih legura volframa, čelici koji sadrže volfram stekli su najveću važnost. Otporni su na abraziju, ne pucaju, zadržavaju tvrdoću do temperature crvene topline. Alat izrađen od njih ne samo da omogućuje oštro intenziviranje procesa obrade metala (brzina obrade metalnih proizvoda povećava se 10-15 puta), već i traje mnogo dulje od istog alata izrađenog od drugog čelika.
Legure volframa nisu samo otporne na toplinu, već su i otporne na toplinu. Ne korodiraju na visokim temperaturama pod utjecajem zraka, vlage i raznih kemikalija. Konkretno, 10% volframa unesenog u nikal dovoljno je da poveća otpornost na koroziju potonjeg za 12 puta! A volframovi karbidi s dodatkom tantalovih i titanovih karbida, cementirani kobaltom, otporni su na djelovanje mnogih kiselina - dušične, sumporne i klorovodične - čak i kada se kuhaju. Za njih je opasna samo mješavina fluorovodične i dušične kiseline.

Volfram ima izuzetno važnu ulogu u modernoj tehnologiji. Koristi se u industriji čelika, u proizvodnji tvrdih legura, u proizvodnji kiselootpornih i drugih specijalnih legura, u elektrotehnici, u proizvodnji boja, kao kemijski reagensi itd.

Oko 70% ukupnog iskopanog volframa odlazi na proizvodnju ferotvolframa, u obliku kojeg se unosi u čelik. U najbogatijim volframom i najčešćim volframovim čelicima (u brzoreznim) volfram stvara složene karbide koji sadrže volfram koji povećavaju tvrdoću čelika, posebno na povišenim temperaturama (crvena tvrdoća) višestruko povećavaju brzinu rezanja. Trenutno, rezači od brzoreznog čelika ustupaju mjesto rezačima od tvrdih legura kermeta izrađenih na bazi volframovog karbida s dodatkom cementnog aditiva.U neke tvrde legure uvode se i karbidi titana, tantala i niobija. Suvremene brzine rezanja koje postižu inovatori u proizvodnji postižu se upravo rezačima od tvrde legure Legure volframa s drugim metalima imaju široku primjenu: legura nikal-volfram-kroma odlikuje se svojstvima otpornosti na kiseline. Pozornost se privlači na legure volframa s povećanom otpornošću na toplinu: na primjer, dodatak 1% niobija, tantala, molibdena, koji tvore čvrstu otopinu s volframom, povećava talište metala iznad 3300 ° C., dok dodatak 1% željeza, koje je vrlo slabo topljivo u volframu, snižava talište na 1640°C. Istraživanja u ovom području su uvelike razvijena u SAD-u.

Metalni volfram nalazi različite primjene u elektrotehnici i rendgenskom inženjerstvu. Žilne niti električnih žarulja izrađene su od volframa. Volfram je posebno prikladan za ovu svrhu zbog svoje visoke vatrostalnosti i vrlo niske hlapljivosti: na temperaturama reda 2500 ° C, na kojima rade niti, tlak pare volframa ne doseže 1 mm Hg. Od metalnog volframa izrađuju se i grijači za električne peći koji podnose temperature do 3000°C. Metalni volfram se koristi za antikatode rendgenskih cijevi, za razne dijelove elektrovakuumske opreme, za radiouređaje, strujne ispravljače itd. U galvanometrima se koriste tanke volframove niti. Slične niti se koriste u kirurške svrhe. Konačno, metalni volfram koristi se za izradu raznih spiralnih opruga, kao i dijelova koji zahtijevaju materijal koji je otporan na različite kemijske utjecaje.

Spojevi volframa vrlo su široko korišteni kao boje. U Kini su sačuvani drevni proizvodi od porculana, obojeni neobičnom bojom breskve, studije su pokazale da boja sadrži volfram.

Soli volframa koriste se za postizanje otpornosti na vatru nekim tkaninama. Teška skupa svila duguje svoju ljepotu solima volframa kojima je impregnirana.

Čisti pripravci volframa koriste se u kemijskim analizama kao reagensi za alkaloide i druge tvari. Spojevi volframa također se koriste kao katalizatori.

1. Nudimo sljedeće proizvode od volframa: volfram traka, volfram žica, volfram šipka, volfram šipka.

Upotreba čistih metala i legura koje sadrže volfram temelji se uglavnom na njihovoj vatrostalnosti, tvrdoći i kemijskoj otpornosti. Čisti volfram koristi se u proizvodnji žarnih niti za električne žarulje sa žarnom niti i katodne cijevi, u proizvodnji lonaca za isparavanje metala, u kontaktima automobilskih razdjelnika paljenja, u metama rendgenskih cijevi; kao namoti i grijaći elementi u električnim pećima i kao konstrukcijski materijal za svemirska i druga vozila koja rade na visokim temperaturama. Brzorezni čelici (17,5-18,5% volframa), stelit (na bazi kobalta s dodatkom Cr, W, C), hastalloy (nehrđajući čelik na bazi Ni) i mnoge druge legure sadrže volfram. Osnova za proizvodnju alata i legura otpornih na toplinu je ferotvolfram (68-86% W, do 7% Mo i željezo), koji se lako dobiva izravnom redukcijom koncentrata volframita ili šeelita. "Pobedit" - vrlo tvrda legura koja sadrži 80-87% volframa, 6-15% kobalta, 5-7% ugljika, nezamjenjiva je u obradi metala, u rudarstvu i naftnoj industriji.

Kalcijevi i magnezijevi volframati naširoko se koriste u fluorescentnim uređajima, ostale soli volframa koriste se u kemijskoj industriji i industriji štavljenja. Volfram disulfid je suho visokotemperaturno mazivo, stabilno do 500 ° C. Volframove bronce i drugi spojevi elemenata koriste se u proizvodnji boja. Mnogi spojevi volframa izvrsni su katalizatori.

Dugi niz godina od otkrića, volfram je ostao laboratorijska rijetkost, tek 1847. Oxland je dobio patent za proizvodnju natrijevog volframata, volframove kiseline i volframa iz kasiterita (kositrenog kamena). Drugi patent, dobiven od strane Oxlanda 1857., opisuje proizvodnju legura željeza i volframa, koje čine osnovu modernih brzoreznih čelika.

Sredinom 19.st napravljeni su prvi pokušaji korištenja volframa u proizvodnji čelika, ali dugo vremena nije bilo moguće uvesti ta dostignuća u industriju zbog visoke cijene metala. Povećana potražnja za legiranim čelicima i čelicima visoke čvrstoće dovela je do lansiranja brzoreznih čelika u tvrtki Bethlehem Steel. Uzorci ovih legura prvi su put predstavljeni 1900. godine na Svjetskoj izložbi u Parizu.

Tehnologija proizvodnje volframovih niti i njezina povijest.

Obim proizvodnje volframove žice ima mali udio u svim granama primjene volframa, ali je razvoj tehnologije njegove proizvodnje odigrao ključnu ulogu u razvoju metalurgije praha vatrostalnih spojeva.

Od 1878., kada je Swan u Newcastleu demonstrirao ugljene svjetiljke s osam i šesnaest svijeća koje je on izumio, trajala je potraga za prikladnijim materijalom za izradu žarnih niti. Prva žarulja na ugljen imala je učinkovitost od samo 1 lumen/watt, koja je u sljedećih 20 godina povećana modifikacijama metoda obrade ugljena za faktor dva i pol. Do 1898. svjetlosna snaga takvih žarulja bila je 3 lumena/watt. U to su se doba ugljične niti zagrijavale propuštanjem električne struje u atmosferi teških ugljikovodičnih para. Tijekom pirolize potonjeg, dobiveni ugljik ispunio je pore i nepravilnosti niti, dajući joj svijetli metalni sjaj.

Krajem 19.st von Welsbach napravio je prvu metalnu nit za žarulje sa žarnom niti. Napravio ga je od osmija (T pl = 2700 °C). Osmijeve niti imale su učinkovitost od 6 lumena / vat, međutim, osmij je rijedak i izuzetno skup element platinske skupine, tako da nije našao široku primjenu u proizvodnji kućanskih uređaja. Tantal, s talištem od 2996°C, naširoko je korišten u obliku vučene žice od 1903. do 1911. zahvaljujući radu von Boltona iz Siemensa i Halskea. Učinkovitost tantalovih lampi bila je 7 lumena/watt.

Volfram se počeo koristiti u žaruljama sa žarnom niti 1904. godine i zamijenio je sve druge metale u tom svojstvu do 1911. Konvencionalna žarulja sa žarnom niti s volframovom niti ima sjaj od 12 lumena / vat, a svjetiljke koje rade pod visokim naponom - 22 lumena / vat. Moderne fluorescentne svjetiljke s katodom od volframa imaju učinkovitost od oko 50 lumena/watt.

Godine 1904. Siemens-Halske pokušao je primijeniti postupak izvlačenja žice razvijen za tantal na vatrostalnije metale poput volframa i torija. Krutost i nedostatak savitljivosti volframa spriječili su glatko odvijanje procesa. Međutim, kasnije, 1913.-1914., pokazalo se da se rastaljeni volfram može valjati i izvlačiti postupkom djelomične redukcije. Električni luk je prolazio između volframove šipke i djelomično rastaljene kapljice volframa smještene u grafitni lončić obložen iznutra volframovim prahom i smješten u atmosferi vodika. Tako su dobivene male kapljice rastaljenog volframa, promjera oko 10 mm i duljine 20-30 mm. Iako teško, s njima se već moglo raditi.

Istih su godina Just i Hannaman patentirali postupak za izradu volframovih niti. Fini metalni prah pomiješan je s organskim vezivom, dobivena pasta je propuštena kroz spinerete i zagrijana u posebnoj atmosferi da se ukloni vezivo, te je dobivena fina nit čistog volframa.

Dobro poznati postupak ekstruzije razvijen je 1906.-1907. i koristio se do ranih 1910-ih. Vrlo fino mljeveni crni volframov prah miješao se s dekstrinom ili škrobom dok nije nastala plastična masa. Hidraulički tlak tjerao je ovu masu kroz tanka dijamantna sita. Tako dobiveni konac bio je dovoljno čvrst da se mogao namotati na kolute i sušiti. Zatim su niti izrezane u "ukosnice", koje su zagrijavane u atmosferi inertnog plina do vruće temperature kako bi se uklonila zaostala vlaga i laki ugljikovodici. Svaka "ukosnica" je pričvršćena u stezaljku i zagrijana u atmosferi vodika do jakog sjaja propuštanjem električne struje. To je dovelo do konačnog uklanjanja neželjenih nečistoća. Na visokim temperaturama, pojedinačne male čestice volframa stapaju se i tvore jednoliku čvrstu metalnu nit. Ove niti su elastične, iako krhke.

Početkom 20.st Yust i Hannaman razvili su drugačiji proces koji se ističe svojom originalnošću. Ugljična nit promjera 0,02 mm presvučena je volframom zagrijavanjem u atmosferi vodika i para volframovog heksaklorida. Ovako obložena nit zagrijavana je do jakog sjaja u vodiku pod smanjenim tlakom. U ovom slučaju, volframova ljuska i ugljična jezgra potpuno su spojene jedna s drugom, tvoreći volframov karbid. Dobivena nit bila je bijela i lomljiva. Zatim je žarna nit zagrijavana u struji vodika, koji je u interakciji s ugljikom, ostavljajući kompaktnu nit od čistog volframa. Niti su imale iste karakteristike kao dobivene u procesu ekstruzije.

Godine 1909. Amerikanac Coolidge bilo je moguće dobiti kovni volfram bez upotrebe punila, ali samo uz pomoć razumne temperature i mehaničke obrade. Glavni problem u dobivanju volframove žice bila je brza oksidacija volframa na visokim temperaturama i prisutnost zrnate strukture u rezultirajućem volframu, što je dovelo do njegove krtosti.

Suvremena proizvodnja volframove žice složen je i precizan tehnološki proces. Sirovina je volfram u prahu dobiven redukcijom amonijevog paravolframata.

Prah volframa koji se koristi za proizvodnju žice mora biti visoke čistoće. Obično se prah volframa različitog podrijetla miješa kako bi se izračunala prosječna kvaliteta metala. Miješaju se u mlinovima i, kako bi se izbjegla oksidacija metala zagrijanog trenjem, u komoru se propušta struja dušika. Zatim se prah preša u čeličnim kalupima na hidrauličnim ili pneumatskim prešama (5-25 kg/mm2). Ako se koriste kontaminirani prašci, tijesto je krhko i dodaje se potpuno oksidirajuće organsko vezivo kako bi se uklonio ovaj učinak. U sljedećoj fazi provodi se preliminarno sinteriranje šipki. Kada se kompakti zagrijavaju i hlade u struji vodika, njihova se mehanička svojstva poboljšavaju. Kompakti su još uvijek prilično krti, a gustoća im je 60-70% gustoće volframa, pa se šipke podvrgavaju sinteriranju na visokoj temperaturi. Šipka je stegnuta između vodom hlađenih kontakata, au atmosferi suhog vodika kroz nju prolazi struja da bi se zagrijala gotovo do točke taljenja. Zbog zagrijavanja volfram se sinteruje i njegova gustoća raste na 85-95% kristalne, istovremeno se povećava veličina zrna, rastu kristali volframa. Nakon toga slijedi kovanje na visokoj (1200-1500 °C) temperaturi. U posebnom aparatu, šipke prolaze kroz komoru, koja se komprimira čekićem. Za jedan prolaz, promjer šipke se smanjuje za 12%. Kada se kovaju, kristali volframa se izdužuju, stvarajući fibrilarnu strukturu. Nakon kovanja slijedi izvlačenje žice. Šipke su podmazane i propuštene kroz sito od dijamanta ili volfram karbida. Stupanj ekstrakcije ovisi o namjeni dobivenih proizvoda. Dobiveni promjer žice je oko 13 µm.