Volfrám: aplikácia, vlastnosti a chemické vlastnosti

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Matka príroda obohatila ľudstvo o užitočné chemické prvky. Niektoré z nich sú ukryté v jeho útrobách a sú obsiahnuté v relatívne malom množstve, no ich význam je veľmi významný. Jedným z nich je volfrám. Jeho použitie je spôsobené jeho špeciálnymi vlastnosťami.

Príbeh o pôvode

XVIII. storočie - storočie objavu periodickej tabuľky - sa stalo zásadným v histórii tohto kovu.

Predtým sa akceptovala existencia určitej látky, ktorá je súčasťou minerálnych hornín, čo bránilo vytaveniu potrebných kovov z nich. Napríklad získanie cínu bolo ťažké, ak ruda obsahovala takýto prvok. Rozdiel teplôt tavenia a chemické reakcie viedli k tvorbe troskovej peny, čo znížilo množstvo výťažnosti cínu.

V 8. storočí kov postupne objavil švédsky vedec Scheele a španielski bratia Eluard. Stalo sa tak v dôsledku chemických experimentov na oxidácii minerálnych hornín - scheelitu a wolframitu.

Registrovaný v periodickej sústave prvkov v súlade s atómovým číslom 74. Vzácny žiaruvzdorný kov s atómoms hmotnosťou 183,84 je volfrám. Jeho použitie je spôsobené nezvyčajnými vlastnosťami objavenými už v priebehu 20. storočia.

Kde hľadať?

Z hľadiska počtu v útrobách zeme je „riedko osídlená“a zaberá 28. miesto. Je zložkou asi 22 rôznych minerálov, ale len 4 z nich sú nevyhnutné na jeho ťažbu: scheelit (obsahuje asi 80% trioxidu), wolframit, ferberit a hubnerit (každý ich obsahuje 75-77%). Zloženie rúd najčastejšie obsahuje nečistoty, v niektorých prípadoch sa vykonáva paralelná "extrakcia" takých kovov, ako je molybdén, cín, tantal atď. Najväčšie ložiská sú v Číne, Kazachstane, Kanade, USA, ďalej sú v Rusku, Portugalsku, Uzbekistane.

Ako to získajú?

Vzhľadom na špeciálne vlastnosti, ako aj nízky obsah v horninách je technológia získavania čistého volfrámu pomerne komplikovaná.

1. Magnetická separácia, elektrostatická separácia alebo flotácia na obohatenie rudy na 50-60% koncentráciu oxidu wolfrámu.
2. Izolácia 99% oxidu chemickými reakciami s alkalickými alebo kyslými činidlami a fázové čistenie výslednej zrazeniny.
3. Redukcia kovov uhlíkom alebo vodíkom, výstup príslušného kovového prášku.
4. Výroba ingotov alebo práškových spekaných brikiet.

Jednou z dôležitých etáp vo výrobe hutníckych produktov je prášková metalurgia. Je založená na miešaní práškových žiaruvzdorných kovov, ich lisovaní a následnom spekaní. Týmto spôsobom sa získava veľké množstvo technologicky dôležitých zliatin, vrátane karbidu volfrámu, ktorého uplatnenie nachádza najmä v priemyselnej výrobe rezných nástrojov so zvýšeným výkonom a odolnosťou.

Fyzikálne a chemické vlastnosti

Volfrám je žiaruvzdorný a ťažký kov striebornej farby s kryštálovou mriežkou v strede tela.

• Teplota topenia - 3422 ˚С.
• Bod varu – 5555 ˚С.
• Hustota – 19,25 g/cm3.

Je to dobrý vodič elektrického prúdu. Nemagnetizuje. Niektoré minerály (napríklad scheelit) sú luminiscenčné.

Odolný voči kyselinám, agresívnym látkam pri vysokých teplotách, korózii a starnutiu. Volfrám tiež prispieva k deaktivácii vplyvu negatívnych nečistôt v oceliach, zlepšeniu ich tepelnej odolnosti, odolnosti proti korózii a spoľahlivosti. Použitie takýchto zliatin železa a uhlíka je odôvodnené ich vyrobiteľnosťou a odolnosťou proti opotrebovaniu.

Mechanické a technologické vlastnosti

Volfrám je tvrdý, odolný kov. Jeho tvrdosť je 488 HB, pevnosť v ťahu 1130-1375 MPa. Za studena to nie je plast. Pri teplote 1600 ˚С sa plasticita zvyšuje do stavu absolútnej náchylnosti na tlakové spracovanie: kovanie, valcovanie, ťahanie. Je známe, že 1 kg tohto kovu umožňuje vyrobiť vlákno s celkovou dĺžkou až 3 km.

Obrábanie je náročné kvôli nadmernej tvrdosti akrehkosť. Na vŕtanie, sústruženie, frézovanie sa používajú karbidové volfrám-kob altové materiály vyrobené práškovou metalurgiou. Menej často sa pri nízkych rýchlostiach a špeciálnych podmienkach používajú nástroje vyrobené z vysokorýchlostnej legovanej volfrámovej ocele. Štandardné princípy rezania nie sú použiteľné, pretože zariadenie sa extrémne rýchlo opotrebováva a spracovávaný volfrám praská. Používajú sa nasledujúce technológie:

1. Chemické ošetrenie a impregnácia povrchovej vrstvy vrátane použitia striebra na tento účel.
2. Ohrievanie povrchu pomocou pecí, plynového plameňa, elektrického prúdu 0,2 A. Prípustná teplota, pri ktorej dochádza k miernemu zvýšeniu plasticity a tým sa zlepšuje rezanie, je 300-450 ˚С.
3. Rezanie volfrámu taviteľnými materiálmi.

Ostrenie a brúsenie by sa malo vykonávať pomocou diamantových a elborových nástrojov, menej často korundu.

Zváranie tohto žiaruvzdorného kovu sa vykonáva hlavne pôsobením elektrického oblúka, volfrámových alebo uhlíkových elektród v tienení inertným plynom alebo kvapalinou. Možné je aj kontaktné zváranie.

Tento konkrétny chemický prvok má vlastnosti, vďaka ktorým vyčnieva z davu. Vyznačuje sa napríklad vysokou tepelnou odolnosťou a odolnosťou proti opotrebeniu, zlepšuje kvalitu a rezné vlastnosti legovaných ocelí s obsahom volfrámu a jeho vysoký bod tavenia umožňuje vyrábať vlákna do žiaroviek a elektródy na zváranie.

Aplikácia

Vzácnosť, nevšednosť a dôležitosť predurčujú široké využitie v modernej technológii kovu nazývaného Tungsten - volfrám. Vlastnosti a použitie odôvodňujú vysoké náklady a dopyt. Vysoký bod topenia, tvrdosť, pevnosť, tepelná odolnosť a odolnosť proti chemickému napadnutiu a korózii, odolnosť proti opotrebovaniu a rezné vlastnosti sú jeho hlavné tromfy. Prípady použitia:

1. Filaments.
2. legovanie ocelí za účelom získania vysokorýchlostných, opotrebenia odolných, žiaruvzdorných a žiaruvzdorných železo-uhlíkových zliatin, ktoré sa používajú na výrobu vrtákov a iných nástrojov, razníkov, pružín a pružín, koľajnice.
3. Výroba „práškových“tvrdých zliatin, používaných hlavne ako rezné, vŕtacie alebo lisovacie nástroje s vysokou odolnosťou voči opotrebovaniu.
4. Elektródy pre TIG a odporové zváranie.
5. Výroba dielov pre röntgenovú a rádiotechniku, rôzne technické lampy.
6. Špeciálne žiarivé farby.
7. Drôty a diely pre chemický priemysel.
8. Rôzne praktické drobnosti, napríklad prípravky na rybolov.

Rôzne zliatiny obsahujúce volfrám získavajú na popularite. Rozsah takýchto materiálov je niekedy prekvapivý - od ťažkého strojárstva až po ľahký priemysel, kde sa vyrábajú tkaniny so špeciálnymi vlastnosťami (napríklad ohňovzdorné).

Neexistujú žiadne univerzálne materiály. Každý známy prvok a vytvorené zliatiny sa vyznačujú svojou jedinečnosťou a nevyhnutnosťou pre určité oblasti života a priemyslu. Niektoré z nich však majú špeciálne vlastnosti, ktoré umožňujú dovtedy neuskutočniteľné procesy. Jedným z takýchto kovov je volfrám. Jeho uplatnenie nie je dostatočne široké, ako pri oceli, ale každá z možností je pre ľudstvo mimoriadne užitočná a potrebná.