Название Wolframium перешло на элемент с минерала олова, переводя его в пену шлаков («пожирает олово как волк овцу»).
В настоящее время в tung sten— «тяжелый камень»).
Нахождение в природе [ ]
Китай, России и Япония, Получение [ ]
Процесс получения вольфрама проходит через стадию выделения триоксида WO3из рудных концентратов и последующем водородом при температуре ок. 700 °C. Из-за высокой температуры плавления вольфрама для получения компактной формы используются методы водорода при температуре 1200—1300 °C, затем пропускают через него электрический ток. Металл нагревается до 3000 °C, при этом происходит спекание в монолитный материал. Для последующей очистки и получения Физические свойства [ ]
Применение [ ]
Металлический вольфрам [ ]
-
Тугоплавкость и пластичность вольфрама делают его незаменимым для нитей накаливания в стреловидных оперенных снарядов артиллерийских орудий, сердечников бронебойных пуль и сверхскоростных роторов Соединения вольфрама [ ]
- Для механической обработки металлов и неметаллических конструкционных материалов в машиностроении ( кобальтовой матрице; широко применяемые в России марки — ВК2, ВК4, ВК6, ВК8, ВК15, ВК25, Т5К10, Т15К6, Т30К4), а также смесей титана, карбида тантала (марки ТТ для особо тяжёлых условий обработки, например, долбление и строгание поковок из жаропрочных электролита высокотемпературных ядерной физике и Другие сферы применения [ ]
Источник: vlab.fandom.com
Как Расплавить САМЫЙ ТУГОПЛАВКИЙ МЕТАЛЛ?
Вольфрам
Вольфра́м(лат. Wolframium; от нем. Wolf – волк и Rahm – пена, сливки), W, химический элемент VI группы короткой формы (6-й группы длинной формы) периодической системы ; атомный номер 74, атомная масса 183,84. В природе пять стабильных изотопов : 180 W (0,12 % по массе), 182 W (26,5 %), 183 W (14,31 %), 184 W (30,64 %) и 186 W (28,43 %). Искусственно получены радиоактивные изотопы с массовыми числами 158–190.
Историческая справка
Вольфрам открыт и выделен в виде оксида WO3в 1781 г. К. Шееле при обработке кислотами минерала, называемого ныне шеелитом . В 1783 г. испанские химики братья де Элуяр выделили WO3из минерала вольфрамита и, восстановив WO3углеродом, впервые получили металл , названный ими Вольфрам (по названию исходного минерала). В США и некоторых других странах элемент называется tungsten (от швед. – тяжёлый камень).
Распространённость в природе
Содержание вольфрама в земной коре 1·10 –4 % по массе. В свободном виде в природе не встречается. Известно около 15 собственных минералов вольфрама, большинство из них относятся к природным вольфраматам ; наибольшее промышленное значение имеют вольфрамит (Fe,Mn)WO4и шеелит CaWO4.
Образец вольфрама. Образец вольфрама.
Свойства
Конфигурация внешней электронной оболочки атома вольфрама 5d 4 6s 2 ; в соединениях проявляет степени окисления +2, +3, +4, +5, +6 (наиболее характерна); электроотрицательность по Полингу 2,36, атомный радиус 137 пм, радиус иона W 6+ 65 пм ( координационное число 4).
Вольфрам – тугоплавкий тяжёлый металл светло-серого цвета; tплоколо 3420 °C, tкипоколо 5680 °C; при 293 К плотность 19350 кг/м 3 . Устойчивая α-модификация вольфрама имеет объёмноцентрированную кубическую кристаллическую решётку . β-Модификация вольфрама с кубической решёткой образуется при восстановлении тонкого слоя WO3сухим H2при 440–630 °C и при нагревании выше 630 °C необратимо превращается в α alpha α -модификацию. При 300 К удельное электрическое сопротивление 5,5·10 –8 Ом·м; теплопроводность 174 Вт/(м·К). Вольфрам парамагнитен , удельная магнитная восприимчивость 4,0·10 –9 м 3 /кг.
Механические свойства вольфрама сильно зависят от способа его получения, чистоты и предшествующей механической и термической обработки. Технический вольфрам хрупок при нормальной температуре, при 200–500 °C переходит в пластичное состояние; высокочистый монокристаллический вольфрам пластичен при температурах до –196 °C. Для спечённого слитка вольфрама твёрдость по Бринеллю 2000–2300 МПа; для проволоки модуль упругости 380–410 ГПа. Коэффициент сжимаемости у вольфрама ниже, чем у всех других металлов. По длительности сохранения прочности при 800–1300 °C W значительно превосходит Mo, Ta и Nb.
Компактный вольфрам на воздухе начинает окисляться при температуре 400–500 °C до триоксида WO3. Парáми воды при температуре выше 600 °С окисляется до WO3, WO2. С водородом не взаимодействует. При комнатной температуре устойчив к действию растворов щелочей, NH3, соляной, серной и азотной кислот, смеси H2SO4и HNO3, активно взаимодействует со смесью HNO3и HF. При 90–100 °C устойчив к действию HF, слабо взаимодействует с HCl, H2SO4и H2CrO4, несколько сильнее – с HNO3и царской водкой . Быстро окисляется в расплавах NaOH или KOH при доступе воздуха или в присутствии окислителей (например, NaNO3) с образованием вольфраматов . При восстановлении вольфраматов щелочных металлов получают вольфрамовые оксидные бронзы .
При температуре выше 2300 °C с азотом образует нитрид WN2, выше 1400 °C с кремнием – силициды (в том числе WSi2, который создаёт на изделиях из вольфрама защитные покрытия, устойчивые на воздухе до 2000 °C), с бором – бориды (W2B, WB, W2B5и др.). С галогенами при высоких температурах образует галогениды, при наличии кислорода и влаги – оксигалогениды. С парами S и Se, а также с H2S и H2Se выше 400 °C образует соответственно дисульфид WS2и диселенид WSe2(полупроводник p-типа; используется как твёрдая смазка). Нагревание вольфрама выше 1400 °C в атмосфере CO, а также взаимодействие вольфрама с углеродом или углеводородами при температурах выше 1100–1200 °C приводит к образованию твёрдых тугоплавких карбидов WC и W2C. Монокарбид WC – основа инструментальных твёрдых сплавов. При 200–300 °C и давлении CO 20 МПа вольфрам образует с CO гексакарбонил W(CO)6, используемый как катализатор полимеризации алкенов, для нанесения вольфрамовых покрытий на металлокерамику или графит , для синтеза вольфраморганических соединений . Со многими металлами вольфрам образует вольфрамовые сплавы и интерметаллические соединения .
Получение
Основное сырьё для производства вольфрама и его соединений – вольфрамитовый или шеелитовый рудные концентраты (55–65 % WO3), получаемые путём обогащения вольфрамовых руд , а также вольфрамовый скрап (вторичное сырьё). В наиболее распространённых щелочных способах получения вольфрама концентрат спекают с Na2CO3при 800–900 °C или обрабатывают раствором Na2CO3в автоклаве при 200–225 °C. Из водного раствора образовавшегося Na2WO4осаждают CaWO4, который затем разлагают кислотами (HNO3, HCl) и выделяют вольфрамовую кислоту WO3·nH2O. Кислоту прокаливают, получая WO3, или растворяют в водном растворе NH3, из которого кристаллизуют паравольфрамат аммония (NH4)10[H2W12O42]·4H2O. Последний может быть выделен более распространённым и простым способом – экстракцией водными растворами солей аминов или четвертичных аммониевых соединений с последующей реэкстракцией растворами NH3. Перспективен метод получения паравольфрамата аммония из растворов Na2WO4с использованием ионообменных смол .
По кислотному способу шеелитовые концентраты разлагают кислотами (HNO3, HCl); образующуюся при этом вольфрамовую кислоту очищают растворением в водном растворе NH3и кристаллизацией в виде паравольфрамата аммония.
Основные продукты переработки вольфрамовых концентратов – WO3, получаемый термическим разложением WO3·nH2O или (NH4)10[H2W12O42]·4H2O, и ферровольфрам – сплав W (65–80 %) и Fe. Восстановлением WO3водородом при 700–900 °C в трубчатых печах получают порошкообразный вольфрам, а также вольфрам с присадками оксидов Th, La, Y, Al и др. Компактный металл получают преимущественно методами порошковой металлургии (прессованием порошка или спеканием заготовок вольфрама в атмосфере водорода). Полученный вольфрам хорошо поддаётся обработке давлением (ковке, волочению, прокатке и пр.) при нагревании ниже температуры рекристаллизации. Методом бестигельной зонной плавки получают монокристаллы вольфрама, отличающиеся высокой чистотой и пластичностью.
Применение
До 30 % получаемого вольфрама используют в производстве легированных (главным образом инструментальных) сталей, важнейшие из которых – быстрорежущие – содержат 8–20 % W. Примерно 50–60 % вольфрама расходуется на производство износостойких, жаропрочных и твёрдых сплавов (последние обычно содержат WC, а также Co). Чистый вольфрам применяется в электротехнике, радиоэлектронике, рентгенотехнике (для изготовления нитей накаливания электроламп , электродов рентгеновских трубок , нагревателей высокотемпературных печей, катодов генераторных ламп , сеток, подогревателей катодов и пр.).
Н. Н. Ракова. Первая публикация: Большая российская энциклопедия, 2006.
в 12:39 (GMT+3) Обратная связь
Информация
Области знаний: Общие вопросы химии Символ: W Атомный номер: 74 Группа элементов: Переходные металлы Относительная атомная масса: 183,84 а. е. м. Радиус атома: 137 пм Электроотрицательность: 2,36 ед. по шкале Полинга Агрегатное состояние: Твёрдое Плотность при н. у.: 19,35 г/см³ Температура плавления: 3420 °C Температура кипения: 5680 °C
Источник: bigenc.ru
2 метода добычи вольфрама исходя из температуры плавления
Температура плавления вольфрама: точное значение + порошковый метод производства вольфрама + 2 метода формирования компактного металла из порошка + физические/химические свойства элемента + разбор маркировки + 6 областей применения вольфрама по типу сплавов.
Вольфрам считается самым тугоплавким металлом на Земле, что делает его незаменимым в некоторых областях промышленности и повседневной жизни. Параллельно, из-за оговорённого свойства, заниматься обработкой металла крайне сложно.
В сегодняшней статье мы расскажем какова температура плавления вольфрама + нюансы изготовления металла в рамках РФ и за границей.
- 1 Разбор химического элемента
- 2 Температура плавления вольфрама: точное значение + технология плавки
- 2.1 1) Какова температура плавления вольфрама?
- 2.2 2) Промышленная технология производства и плавления вольфрама
Разбор химического элемента
Вольфрам расположен на 74 позиции таблицы Менделеева, а обозначение – латинская «W». В классическом представлении мы видим серебристое твердое вещество с беловатым оттенком. Элемент относится к побочным.
Впервые о вольфраме начали говорить в конце XVI столетия. Невероятно твердый материал называли вольфрамит, что с латыни звучит как «волчья пена». Первая добыча вольфрама в лаборатории произошло в 1781 году под руководством шведа Шееле.
| У металла плотность составляет 19.3 грамма на сантиметр кубический. | Большое значение стойкости к коррозии. |
| Низкая магнитная восприимчивость переводит вольфрам в группу парамагнетиков. | Валентность от 2 до 6, с максимальной устойчивостью при значении 3. |
| Твердость вещества по Бринеллю составляет почти 490 килограмм на миллиметр квадратный. | В нормальных условиях инертен, но в процессе «красного каления» начинает медленно окисляться до оксида вольфрама. |
| Удельное сопротивление электричеству при нормальных условиях составляет 70*10^ (-9) Ом*метр. | В ряде напряжений у вольфрама место за водородом. |
| Звуковая скорость внутри вольфрама отожженного типа составляет 4 300 метров в секунду. | Не растворяется в кислотных средах серного и соляного типов, но растворим в пероксидах на основе водорода. |
| При превышении температурной отметки в 1 600 градусов Цельсия, увеличивает пластичность и становится ковким. | Если имеется окисляющее вещество, выступает как реагент. Когда значение в градусах Цельсия повышается до 550, процессы протекают в разы быстрее. |
Чистый вольфрам не встречается. Его кларки имеются в поверхности земной коры в концентрации 0.00014%. Средние значения по содержанию среди различных пород скачут в промежутке 0.1-2.0 граммов на тонну. Классификация элемента по маркировке представлена в таблице ниже.
| «ВЧ» | Чистый металл | Примеси нет |
| «ВА» | Внедрение алюминия и кремнещелочи | Увеличение устойчивости формы при высоких температурах. Повышение послеотжигной прочности и увеличение температурного режима первичной рекристаллизации |
| «ВМ» | Кремнещелоч + торий | Повышение рекристализационной структуры и прочности при влиянии высоких температур. |
| «ВТ» | Окись тория | Увеличение эмиссионных качеств |
| «ВИ» | Окись иттрия | Увеличение эмиссионных качеств |
| «ВЛ» | Окись лантана | Увеличение эмиссионных качеств |
| «ВР» | Рений | Повышение уровня пластичности, прочности при влиянии высоких температур, удельного сопротивления и т.э.д.с. |
| «ВРН» | Примеси без присадок | — |
| « МВ» | Молибден | Увеличение параметра стойкости + параллельное увеличение пластичности материала после отжига. |
Наибольшими месторождениями руд вольфрама обладают Канада с Китаем. Небольшие залежи имеются также в России и Корее. В год добывают порядка 60 тысяч тонн тугоплавкого металла. Доля Китая в этом составляет 40%+. Лидерами импорта выступает США, Япония и Германия, а экспортеры – Китай, Южная Корея и Австралия.
О направлениях использования вольфрама расскажет таблица ниже.
| Спецсталь | В данном случае вольфрам является либо ключевым компонентом, либо выступает легирующей добавкой. К специальным сталям с вольфрамными вкраплениями относят быстрорежущие (до 23% W), инструментальные (до 2%), и хромвольфраммарганцевые (до 1.5%). Из спецсталей |
| Сплавы твердого типа | Основа из карбида в связке с вольфрамом – добавка с большими показателями тугоплавкости, прочности + стойкости к износу. Долевое вхождение чистого вольфрама составляет от 85% до 95%. Сплавы твердого типа используются с целью элементов буров компонентов для резки. |
| Сплавы на износ | Здесь на всю используется свойство тугоплавкости вольфрама. Популярными сплавками с устойчивостью к жару являются вариации с вкраплениями хрома или кобальта. Сплав используют как наплавки для поверхностей, что сильно изнашиваются. В частности, автомобильные запчасти. |
| Сплавы «тяжелого» и контактного типа | В категорию относят сплавы, содержащие купрум или аргентум. Материал эффективно себя проявляет в процессе производства компонентов для будильников, электродов на сварку и тому подобного. |
| Освещение | Вольфрамовая проволока – это основа для нитей накаливания, что повсеместно применяются нами в быту. Помимо этого, тонкие прутики из сплава металла применяются как электронагревающий компонент для печей с высоким температурным режимом. Работа оговоренных деталей протекает в вакуумной сфере или других газообразных инертных средах на основе водорода. |
| Электродные составляющие в сварках | «W» – основа для дуговой сварки. Материал выдерживает колоссальные температуры, что позволяет обрабатывать сваркой любой существующий металл. |
В отношении распространенности, вольфрамовые прутки удерживают лидирующие позиции по количеству заготовок. Сырьевой основой для производства прутиков служит штабик. Оговоренные детали служат основой для сварочных работ в быту и промышленности. Недалеко ушла по популярности и вольфрамовая проволока. Далее будут описаны особенности изготовления непосредственно вольфрама + его заготовок.
Температура плавления вольфрама: точное значение + технология плавки
Вольфрам хорош, но не панацея промышленности. Из-за редкости элементосодержащих минералов, его добыча физически ограничена. Недостатки имеются и в свойствах элемента – окисление при скачке температуры выше 700 градусов или повышенная хрупкость из-за преодоления точки в 500 градусов Цельсия со знаком плюс.
1) Какова температура плавления вольфрама?
К тепловым параметрам можно отнести сразу несколько показателей химического элемента – удельную теплоту плавления, удельную теплоту испарения, температуру плавления и температуру кипения. Начнем с основного значения для промышленного использования металл – температура плавления вольфрама составляет 3 422 градуса по Цельсию или 3895 по Кельвину и 6 192 по Фаренгейту.
Важно: температура плавления сплавов вольфрама может отличаться от базового значения для чистого вещества в пределах 30%-40%, что накладывает определённые ограничения на области применения металлических веществ в некоторых областях промышленности.
Температура кипения вольфрама еще выше, и тяжела для понимания рядового человека – 5 555 градусов Цельсия или 5 828 Кельвина (10 031 Фаренгейта). Удельная теплота испарения 4 482 килоджоуля деленных на килограмм, а удельная теплота плавления – 286 килоджоулей на килограмм.
Где и как добыть вольфрам в бытовых приборах и другом оборудовании?
2) Промышленная технология производства и плавления вольфрама
Обратите внимание: из-за высокой температуры плавления + химической стойкости элемента, его добыча в домашних условиях невозможна.
С целью добычи чистого вещества применяются специфичные методики, основанные на восстановительных процессах из оксидов. Напрямую с руды получить вольфрам не получится. Промежуточным этапом является переработка на химсоединения и дальнейшее обогащение. Шаги изготовления вольфрамового порошка описаны в таблице ниже.
| 1. | Обогащение | Минеральные руды элемента обогащают путем флотации, гравитации и сепарации. Итогом становится концентрированное соединение, где доля триоксида вольфрама составит от 53% до 66%. При обогащении параллельно происходит контроль долевого вхождения сопутствующих процессам примесей – меди, олова, висмута и прочих металлов. |
| 2. | Извлечение ангидрида из концентратов | Полученный при обогащении триоксид вольфрама становится сырьем для изготовления высококонцентрированного металлического вольфрама либо его карбидной разновидности. Итоговая доля оксида вольфрама составит выше 99%. Для получения результата концентрат разлагают химическим путем, потом происходит выщелачивание и обработка до вольфрамовой технической кислоты. |
| 3. | Изготовление порошка | Концентрат с высокой долей вольфрама восстанавливают посредством углерода/водорода, и в итоге получается металлический порошок вольфрама. Метод восстановления через углерод менее популярен, ибо в процессе происходит образование карбидов, которые негативно сказываются на физических свойствах готового порошка вольфрама. Благодаря контролю химсостава производитель способен по желанию менять размер с формой зерен, или даже сразу переводить порошок в гранулы. |
| 4. | Изготовление вольфрама компактного типа | Здесь уже из готового порошка формируются болванки для будущих изделий. Форма болванок – прутки, шарики/крупные гранулы или слитки. |
В отношении плавки вольфрама, то здесь существует 2 технологии – порошковый метод и непосредственно расплавление. Второй способ в качестве основного оборудования использует электрические печи дугового типа, имеющие расходуемые электроды.
Получение компактного вольфрама порошковым способом:
- Порошковый вольфрам прессуют в прямоугольные параллелепипеды.
- Заготовки спекают при низких (сравнительно низких для вольфрама) температурах.
- Повторное спекание заготовок по типу сварки.
- Механическая обработка заготовок для получения полуфабрикатных элементов, таких как прутки, слитки и проволока.
Получаемые в процесс прессовки штабики имеют низкий запас пластичности, потому, для ковки используется влияние высоких температур. Оговоренный метод не дает возможности делать из вольфрама заготовки крупных габаритов, что накладывает на производство значительные ограничения. Альтернатива – гидростатическое прессование. Способ позволяет получать не только габаритные заготовки, но и детали неправильной формы. Получаемые элементы отличаются высокой плотностью + не имеют трещин или других дефектов производства.
Плавка использоваться также для получения болванок весом от 400 кг и выше. Основные детали, для производства которых используется метод плавки – трубы и изделия сложной формы, что можно получить исключительно методом литья.
Правила плавки вольфрама:
- использование только специализированного оборудования;
- электродами служат или пакеты спеченных штабиков, либо заготовки, полученные путем гидростатического прессования;
- плавить вольфрам можно только в вакууме или разреженной водородной атмосфере;
- перед помещением в электрическую дуговую печь, вольфрам подвергается плавке в электронно-лучевой печи. Оговоренные действия необходимы для уменьшения кристаллической структуры вещества.
Итогом плавки становятся слитки вольфрама крупно или мелкозернистой структуры. Если производство требует исключительно мелкозернистые слитки металла, используется дуговая гарнисажная плавка, с последующим разливом вольфрама в изложницу.
Что можно вынести из сказанного выше? Температура плавления вольфрама не позволяет его добывать дома –это технологически сложный процесс, требующий знаний и навыков. При желании, можно воспользоваться заготовками компактного вольфрама, и выковать необходимую деталь на заказ или собственноручно.
Источник: wikimetall.ru