Хімічно стійкий до більшості кислот і царській горілці, розчинний в перекису водню і суміші плавикової і азотної кислот. Він практично непорушний і застосовується скрізь, де треба працювати з високими температурами, виконувати зварювання і витягати металеві нитки.
походження назви
Ім'я Wolframium походить від відомого з XVI століття мінералу вольфрамит, що в перекладі з німецької звучало як «вовчий крем». При виплавці олова з його руд, що містили вольфрам, між ними відбувалася реакція з посиленим піноутворенням, поетично описана так: «Олово пожирав, як вовк пожирає вівцю». У XVIII столітті шведський хімік Шеелер при обробці мінералу тунгстена азотною кислотою виявив в продуктах реакції невідоме сіра речовина з сріблястим відливом. Вихідний мінерал пізніше перейменували в шеелит, а новий елемент став називатися вольфрамом. До сих пір у американців, англійців і французів існує його старовинне шведське позначення «важкий камінь».
Родовища і способи отримання
Цей елемент відноситься до групи дуже рідкісних металів і в природі зустрічається у вигляді складних кисневих з'єднань з залізом, марганцем, кальцієм, свинцем, міддю і рідкоземельними елементами. Ці мінерали входять до складу гранітних порід, а концентрація чистого речовини не перевищує 2%. Найбільші родовища виявлені в Казахстані, Китаї, Канаді та США. Здобиччю займаються також Болівія, Португалія, Росія, Узбекистан і Південна Корея.
При отриманні вольфраму спочатку збагачують його руду і відокремлюють цінні компоненти від порожньої породи. Метод збагачення - подрібнення і флотація з подальшою магнітною сепарацією і окислювальним випаленням. Готовий концентрат спекают з содою, при цьому виходить розчинна вольфрамит натрію, або витравлюють содовим розчином в автоклавах при високих температурах під тиском, нейтралізують і в облогу у вигляді вольфрамату кальцію.
З них вже виділяють очищені від більшості домішок окису вольфраму, які потім при температурах близько 700 ° C відновлюють воднем. Так виходить найбільш чистий порошкоподібний вольфрам. Для додання порошку суцільний волокнистої структури його пресують в струмі водню, поступово збільшуючи температуру майже до кордонів плавлення, щоб метал став пластичним і ковким.
Фізичні та хімічні властивості
Метал має об'ємно-центровану кубічну кристалічну решітку, має парамагнітні властивості і стійкістю до вакууму. Температура плавлення вольфраму становить 3422 ° C, кипіння 5555 ° C, його щільність дорівнює 19, 25 г / см³, твердість 488 кг / мм по Брінеллю. У чистому вигляді він нагадує платину, а при температурах близько 1600 ° C витягується в тонку нитку. Виявляє високу корозійну стійкість, при нормальних умовах не змінюється в воді і на повітрі, а при нагріванні до температури червоного розжарювання (близько 500 ° C) утворює шестивалентний оксид.
Вольфрам не взаємодіє з концентрованою соляною і розбавленою сірчаною кислотою. Його поверхня злегка окислюється царської горілкою та азотною кислотою.
Він розчиняється в перекису водню, в суміші фтористоводородной і азотної кислот, у присутності окислювачів вступає в реакцію з лугами, виділяючи велику кількість тепла. Легко з'єднується з вуглецем, утворюючи високоміцний карбід, однак, при низьких температурах метал швидко окислюється і стає ламким. Найбільш часто використовуються:
- триоксиди, звані вольфрамовими ангідриду;
- солі, що утворюють полімерні аніони;
- перекисні сполуки;
- з'єднання з сіркою, галогенами і вуглецем.
Області застосування
Для металургії вольфрам - основа тугоплавких матеріалів. На Всесвітній Паризькій виставці в 1900 році публіці вперше була показана сталь з його добавками. Висока температура плавлення і пластичність зробили метал незамінним у виготовленні ниток для ламп розжарювання і інших вакуумних трубок, покриття транзисторів, використовуваних в рідкокристалічних дисплеях, а також електродів для аргонової зварки. Велика щільність вольфраму дозволила йому стати основою деталей балістичних ракет, бронебійних куль і снарядів в артилерії.
Сплави вольфраму, вироблені методом порошкової металургії, відрізняються твердістю і жароміцних, кислотостойкостью і стійкістю до стирання. Вони обов'язкові компоненти кращих марок високолегованих сталей, де букви в назві позначають склад:
- WA - з'єднання вольфраму з алюмінієм і кремнієм. Характеризується підвищеною температурою початкової рекристалізації, міцністю після відпалу.
- WCu - композиція з міддю використовується для виготовлення високовольтних вимикачів і транзисторів, в установках радіолокації і біполярної електроніці.
WL - добавка оксиду лантану збільшує емісійні властивості.- WLZ - вольфрам c оксидом лантану і оксидом цирконію - ідеальний матеріал для електродів, що працюють під високою напругою.
- WZ - вольфрам з оксидом церію використовують як матеріал для зварювальних електродів. Збільшуються характеристики запалювання і термін служби.
- WM - сплав вольфраму і молібдену. Має високу міцність і допомагає зберегти пластичність після відпалу.
- WK - вольфрам з добавкою калію отримує хорошу розмірну стабільність і опір повзучості.
- WRe - легування ренієм дає можливість ТЕРМОЕЛЕМЕНТІВ, зробленим з такої сталі, працювати при температурах понад 2000 ° C.
Унікальні властивості дозволяють виготовляти кращі інструменти для хірургії, танкову броню і оболонки снарядів, пластини для бронежилетів, відповідальні частини авіаційної та авіакосмічної промисловості, контейнери для радіоактивних відходів, ємності для вирощування кристалів сапфірів. Карбід вольфраму - основа композитних матеріалів з гордою назвою «переможе», його використовують для обробки металів в машинобудуванні, гірничодобувній промисловості, для буріння свердловин. У вакуумних печах нагрівальні елементи термопари виготовлені з вольфрамових сплавів.
Його з'єднання набули поширення як каталізатори і пігменти в різних виробництвах хімічної і лакофарбової промисловості. Застосування вольфрамових солей дисульфідів як високотемпературної змащення пов'язано з освітою аморфної плівки сірки, яка покриває тертьові металеві поверхні. Монокристали інших вольфраматів використовують для потреб ядерної фізики, вони детектори радіоактивних випромінювань. Серед традиційних ювелірних прикрас впевнено розширюють свою нішу вироби з карбіду вольфраму. Їх полірована поверхня прекрасно відображає світло і називається «сірим дзеркалом», яке неможливо подряпати, зігнути і зламати.
біологічна роль
Вольфрам не має великого біологічного значення. У деяких бактерій виявлені ферменти, що містять його. Тому з'явилися гіпотези, що вольфрам брав участь у виникненні життя на ранніх етапах. Ювелірні прикраси з нього не викликають алергічних реакцій, а металевий пил вольфраму при вдиханні подразнює слизові органів носоглотки і гортані людини.