Βολφράμιο: εφαρμογή, ιδιότητες και χημικά χαρακτηριστικά

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Η μητέρα φύση έχει εμπλουτίσει την ανθρωπότητα με χρήσιμα χημικά στοιχεία. Μερικά από αυτά είναι κρυμμένα στα έγκατα του και περιέχονται σε σχετικά μικρές ποσότητες, αλλά η σημασία τους είναι πολύ σημαντική. Ένα από αυτά είναι το βολφράμιο. Η χρήση του οφείλεται στις ιδιαίτερες ιδιότητές του.

Origin story

XVIII αιώνας - ο αιώνας της ανακάλυψης του περιοδικού πίνακα - έγινε θεμελιώδης στην ιστορία αυτού του μετάλλου.

Προηγουμένως, γινόταν αποδεκτή η ύπαρξη συγκεκριμένης ουσίας, η οποία αποτελεί μέρος των ορυκτών πετρωμάτων, η οποία εμπόδιζε την τήξη των απαραίτητων μετάλλων από αυτά. Για παράδειγμα, η απόκτηση κασσίτερου ήταν δύσκολη εάν το μετάλλευμα περιείχε ένα τέτοιο στοιχείο. Η διαφορά θερμοκρασίας τήξης και οι χημικές αντιδράσεις είχαν ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό αφρού σκωρίας, ο οποίος μείωσε την ποσότητα του κασσίτερου.

Τον VIII αιώνα, το μέταλλο ανακαλύφθηκε διαδοχικά από τον Σουηδό επιστήμονα Scheele και τους Ισπανούς αδερφούς Eluard. Αυτό συνέβη ως αποτέλεσμα χημικών πειραμάτων για την οξείδωση ορυκτών πετρωμάτων - σχελίτη και βολφραμίτη.

Εγγεγραμμένο στο περιοδικό σύστημα στοιχείων σύμφωνα με τον ατομικό αριθμό 74. Σπάνιο πυρίμαχο μέταλλο με ατομικόμε μάζα 183,84 είναι βολφράμιο. Η χρήση του οφείλεται σε ασυνήθιστες ιδιότητες που ανακαλύφθηκαν ήδη κατά τον 20ο αιώνα.

Πού να κοιτάξετε;

Όσον αφορά τον αριθμό στα έγκατα της γης, είναι «αραιοκατοικημένη» και καταλαμβάνει την 28η θέση. Είναι συστατικό περίπου 22 διαφορετικών ορυκτών, αλλά μόνο 4 από αυτά είναι απαραίτητα για την εξόρυξή του: σχελίτης (περιέχει περίπου 80% τριοξείδιο), βολφραμίτης, φερβερίτης και χουμπνερίτης (περιέχουν 75-77% το καθένα). Η σύνθεση των μεταλλευμάτων τις περισσότερες φορές περιέχει ακαθαρσίες, σε ορισμένες περιπτώσεις πραγματοποιείται παράλληλη "εξαγωγή" τέτοιων μετάλλων όπως το μολυβδαίνιο, ο κασσίτερος, το ταντάλιο κ.λπ. Τα μεγαλύτερα κοιτάσματα βρίσκονται στην Κίνα, το Καζακστάν, τον Καναδά, τις ΗΠΑ, υπάρχουν επίσης στη Ρωσία, την Πορτογαλία, το Ουζμπεκιστάν.

Πώς το καταλαβαίνουν;

Λόγω των ειδικών ιδιοτήτων, καθώς και της χαμηλής περιεκτικότητας στα πετρώματα, η τεχνολογία για τη λήψη καθαρού βολφραμίου είναι αρκετά περίπλοκη.

1. Μαγνητικός διαχωρισμός, ηλεκτροστατικός διαχωρισμός ή επίπλευση για εμπλουτισμό μεταλλεύματος σε συγκέντρωση οξειδίου βολφραμίου 50-60%.
2. Απομόνωση οξειδίου 99% με χημικές αντιδράσεις με αλκαλικά ή όξινα αντιδραστήρια και σταδιακός καθαρισμός του προκύπτοντος ιζήματος.
3. Αναγωγή μετάλλου με άνθρακα ή υδρογόνο, παραγωγή της αντίστοιχης σκόνης μετάλλου.
4. Παραγωγή πλινθωμάτων ή πυροσυσσωματωμένων μπρικετών σε σκόνη.

Ένα από τα σημαντικά στάδια στην παραγωγή μεταλλουργικών προϊόντων είναι η μεταλλουργία σκόνης. Βασίζεται στην ανάμειξη πυρίμαχων μετάλλων σε σκόνη, στην συμπίεση και στη συνέχεια πυροσυσσωμάτωση. Με αυτόν τον τρόπο λαμβάνεται μεγάλος αριθμός τεχνολογικά σημαντικών κραμάτων, συμπεριλαμβανομένου του καρβιδίου βολφραμίου, η εφαρμογή του οποίου εντοπίζεται κυρίως στη βιομηχανική παραγωγή κοπτικών εργαλείων αυξημένης ισχύος και αντοχής.

Φυσικές και χημικές ιδιότητες

Το βολφράμιο είναι ένα πυρίμαχο και βαρύ μέταλλο σε ασημί χρώμα με κρυσταλλικό πλέγμα στο κέντρο του σώματος.

• Σημείο τήξεως - 3422 ˚С.
• Σημείο βρασμού - 5555 ˚С.
• Πυκνότητα - 19,25 g/cm3.

Είναι καλός αγωγός του ηλεκτρικού ρεύματος. Δεν μαγνητίζει. Ορισμένα ορυκτά (όπως ο σχελίτης) είναι φωτεινά.

Ανθεκτικό σε οξέα, επιθετικές ουσίες σε υψηλές θερμοκρασίες, διάβρωση και γήρανση. Το βολφράμιο συμβάλλει επίσης στην απενεργοποίηση της επίδρασης αρνητικών ακαθαρσιών στους χάλυβες, στη βελτίωση της αντίστασης στη θερμότητα, στην αντίσταση στη διάβρωση και στην αξιοπιστία του. Η χρήση τέτοιων κραμάτων σιδήρου-άνθρακα δικαιολογείται από την κατασκευαστική τους ικανότητα και την αντοχή στη φθορά.

Μηχανικές και τεχνολογικές ιδιότητες

Το βολφράμιο είναι ένα σκληρό, ανθεκτικό μέταλλο. Η σκληρότητά του είναι 488 HB, η αντοχή σε εφελκυσμό είναι 1130-1375 MPa. Όταν κρυώνει, δεν είναι πλαστικό. Σε θερμοκρασία 1600 ˚С, η πλαστικότητα αυξάνεται σε κατάσταση απόλυτης ευαισθησίας στην επεξεργασία πίεσης: σφυρηλάτηση, έλαση, έλξη. Είναι γνωστό ότι 1 κιλό αυτού του μετάλλου καθιστά δυνατή την παραγωγή ενός νήματος με συνολικό μήκος έως και 3 km.

Η κατεργασία είναι δύσκολη λόγω υπερβολικής σκληρότητας καιεύθραυστο. Για διάτρηση, τόρνευση, φρεζάρισμα, χρησιμοποιούνται υλικά καρβιδίου βολφραμίου-κοβαλτίου, κατασκευασμένα από μεταλλουργία σκόνης. Λιγότερο συχνά, σε χαμηλές ταχύτητες και ειδικές συνθήκες, χρησιμοποιούνται εργαλεία από κραματοποιημένο χάλυβα βολφραμίου υψηλής ταχύτητας. Οι τυπικές αρχές κοπής δεν ισχύουν, καθώς ο εξοπλισμός φθείρεται εξαιρετικά γρήγορα και το επεξεργασμένο βολφράμιο ραγίζει. Εφαρμόζονται οι ακόλουθες τεχνολογίες:

1. Χημική επεξεργασία και εμποτισμός του επιφανειακού στρώματος, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης αργύρου για το σκοπό αυτό.
2. Θέρμανση της επιφάνειας με τη βοήθεια κλιβάνων, φλόγας αερίου, ηλεκτρικό ρεύμα 0,2 A. Η επιτρεπόμενη θερμοκρασία στην οποία υπάρχει μια ελαφρά αύξηση της πλαστικότητας και, κατά συνέπεια, βελτιώνεται η κοπή, είναι 300-450 ˚С.
3. Κοπή βολφραμίου με εύτηκτα υλικά.

Το τρόχισμα και η λείανση πρέπει να γίνονται με εργαλεία διαμαντιού και elbor, λιγότερο συχνά κορούνδιο.

Η συγκόλληση αυτού του πυρίμαχου μετάλλου πραγματοποιείται κυρίως υπό τη δράση ηλεκτροδίων ηλεκτρικού τόξου, βολφραμίου ή άνθρακα σε θωράκιση αδρανούς αερίου ή υγρού. Η συγκόλληση με επαφή είναι επίσης δυνατή.

Το συγκεκριμένο χημικό στοιχείο έχει χαρακτηριστικά που το κάνουν να ξεχωρίζει από το πλήθος. Έτσι, για παράδειγμα, που χαρακτηρίζεται από υψηλή αντοχή στη θερμότητα και αντοχή στη φθορά, βελτιώνει την ποιότητα και τις ιδιότητες κοπής των κραματοποιημένων χάλυβων που περιέχουν βολφράμιο και το υψηλό σημείο τήξης του καθιστά δυνατή την παραγωγή νημάτων για λαμπτήρες και ηλεκτροδίων για συγκόλληση.

Αίτηση

Η σπανιότητα, το ασυνήθιστο και η σημασία καθορίζουν την ευρεία χρήση στη σύγχρονη τεχνολογία ενός μετάλλου που ονομάζεται Tungsten - Tungsten. Οι ιδιότητες και η εφαρμογή δικαιολογούν το υψηλό κόστος και τη ζήτηση. Το υψηλό σημείο τήξης, η σκληρότητα, η αντοχή, η αντοχή στη θερμότητα και η αντοχή στη χημική προσβολή και διάβρωση, η αντοχή στη φθορά και τα χαρακτηριστικά κοπής είναι τα κύρια ατού του. Περιπτώσεις χρήσης:

1. Νήματα.
2. Κραματοποίηση χάλυβα προκειμένου να ληφθούν υψηλής ταχύτητας, ανθεκτικά στη φθορά, ανθεκτικά στη θερμότητα και ανθεκτικά στη θερμότητα κράματα σιδήρου-άνθρακα, τα οποία χρησιμοποιούνται για την παραγωγή τρυπανιών και άλλων εργαλείων, διάτρησης, ελατηρίων και ελατηρίων, ράγες.
3. Παραγωγή "κονιοποιημένων" σκληρών κραμάτων, που χρησιμοποιούνται κυρίως ως εργαλεία κοπής, διάτρησης ή συμπίεσης υψηλής αντοχής στη φθορά.
4. Ηλεκτρόδια για συγκόλληση TIG και αντίστασης.
5. Κατασκευή εξαρτημάτων για ακτίνες Χ και ραδιομηχανική, διάφοροι τεχνικοί λαμπτήρες.
6. Ειδικά φωτεινά χρώματα.
7. Σύρματα και εξαρτήματα για τη χημική βιομηχανία.
8. Διάφορα πρακτικά μικροπράγματα, για παράδειγμα, σέγα για ψάρεμα.

Διάφορα κράματα που περιέχουν βολφράμιο κερδίζουν δημοτικότητα. Το εύρος τέτοιων υλικών είναι μερικές φορές εκπληκτικό - από τη βαριά μηχανική έως την ελαφριά βιομηχανία, όπου κατασκευάζονται υφάσματα με ειδικές ιδιότητες (για παράδειγμα, ανθεκτικά στη φωτιά).

Δεν υπάρχουν γενικά υλικά. Κάθε γνωστό στοιχείο και δημιουργημένα κράματα διακρίνονται για τη μοναδικότητα και την αναγκαιότητά τους για ορισμένους τομείς της ζωής και της βιομηχανίας. Ωστόσο, ορισμένα από αυτά έχουν ειδικές ιδιότητες που καθιστούν δυνατές προηγουμένως ανέφικτες διαδικασίες. Ένα τέτοιο μέταλλο είναι το βολφράμιο. Η εφαρμογή του δεν είναι αρκετά ευρεία, όπως ο χάλυβας, αλλά κάθε μία από τις επιλογές είναι εξαιρετικά χρήσιμη και απαραίτητη για την ανθρωπότητα.