Tungsten: anvendelse, egenskaber og kemiske egenskaber

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

Moder natur har beriget menneskeheden med nyttige kemiske elementer. Nogle af dem er skjult i dens tarme og er indeholdt i relativt små mængder, men deres betydning er meget betydelig. En af disse er wolfram. Dets brug skyldes dets særlige egenskaber.

Oprindelseshistorie

XVIII århundrede - århundredet for opdagelsen af det periodiske system - blev grundlæggende i dette metals historie.

Tidligere blev eksistensen af et bestemt stof, som er en del af mineralbjergarterne, accepteret, hvilket forhindrede smeltning af de nødvendige metaller fra dem. For eksempel var det svært at skaffe tin, hvis malmen indeholdt et sådant element. Smeltetemperaturforskellen og kemiske reaktioner resulterede i dannelsen af slaggeskum, hvilket reducerede mængden af tinudbytte.

I det VIII århundrede blev metallet successivt opdaget af den svenske videnskabsmand Scheele og spaniernes brødre Eluard. Dette skete som et resultat af kemiske eksperimenter med oxidation af mineralske bjergarter - scheelite og wolframit.

Registreret i det periodiske system af grundstoffer i overensstemmelse med atomnummer 74. Et sjældent ildfast metal med et atomartmed en masse på 183,84 er wolfram. Dens brug skyldes usædvanlige egenskaber opdaget allerede i det 20. århundrede.

Hvor skal man lede?

Med hensyn til antallet i jordens indvolde er det "tynt befolket" og indtager en 28. plads. Det er en komponent af omkring 22 forskellige mineraler, men kun 4 af dem er essentielle for dets udvinding: scheelite (indeholder omkring 80 % trioxid), wolframit, ferberit og hubnerit (de indeholder 75-77 % hver). Sammensætningen af malme indeholder oftest urenheder, i nogle tilfælde udføres en parallel "ekstraktion" af sådanne metaller som molybdæn, tin, tantal osv. De største indskud er i Kina, Kasakhstan, Canada, USA, der er også i Rusland, Portugal, Usbekistan.

Hvordan får de det?

På grund af de særlige egenskaber, samt det lave indhold i klipperne, er teknologien til at opnå ren wolfram ret kompliceret.

1. Magnetisk separation, elektrostatisk separation eller flotation for at berige malm til 50-60 % wolframoxidkoncentration.
2. Isolering af 99 % oxid ved kemiske reaktioner med alkaliske eller sure reagenser og trinvis oprensning af det resulterende bundfald.
3. Metalreduktion med kulstof eller brint, output af det tilsvarende metalpulver.
4. Produktion af barrer eller pulversintrede briketter.

Et af de vigtige stadier i produktionen af metallurgiske produkter er pulvermetallurgi. Det er baseret på blanding af pulveriserede ildfaste metaller, deres presning og efterfølgende sintring. På denne måde opnås et stort antal teknologisk vigtige legeringer, herunder wolframcarbid, hvis anvendelse hovedsageligt findes i industriel produktion af skærende værktøjer med øget kraft og holdbarhed.

Fysiske og kemiske egenskaber

Tungsten er et ildfast og tungmetal af sølvfarve med et kropscentreret krystalgitter.

• Smeltepunkt - 3422 ˚С.
• Kogepunkt - 5555 ˚С.
• Densitet - 19,25 g/cm3.

Det er en god leder af elektrisk strøm. Magnetiserer ikke. Nogle mineraler (såsom scheelite) er selvlysende.

Modstandsdygtig over for syrer, aggressive stoffer ved høje temperaturer, korrosion og ældning. Wolfram bidrager også til deaktivering af indflydelsen af negative urenheder i stål, forbedring af dets varmebestandighed, korrosionsbestandighed og pålidelighed. Brugen af sådanne jern-carbon-legeringer er begrundet i deres fremstillingsevne og slidstyrke.

Mekaniske og teknologiske egenskaber

Tungsten er et hårdt, holdbart metal. Dens hårdhed er 488 HB, trækstyrken er 1130-1375 MPa. Når den er kold, er den ikke plastik. Ved en temperatur på 1600 ˚С øges plasticiteten til en tilstand af absolut modtagelighed for trykbehandling: smedning, rulning, trækning. Det er kendt, at 1 kg af dette metal gør det muligt at fremstille et gevind med en samlet længde på op til 3 km.

Bearbejdning er vanskelig på grund af overdreven hårdhed ogskrøbelighed. Til boring, drejning, fræsning anvendes carbid wolfram-kobolt materialer, fremstillet af pulvermetallurgi. Mindre ofte, ved lave hastigheder og specielle forhold, bruges værktøjer lavet af højhastighedslegeret wolframstål. Standard skæreprincipper er ikke anvendelige, da udstyret slides ekstremt hurtigt, og det forarbejdede wolfram revner. Følgende teknologier anvendes:

1. Kemisk behandling og imprægnering af overfladelaget, herunder brug af sølv til dette formål.
2. Opvarmning af overfladen ved hjælp af ovne, en gasflamme, en elektrisk strøm på 0,2 A. Den tilladte temperatur, ved hvilken der er en lille stigning i plasticiteten og følgelig skæring forbedres, er 300-450 ˚С.
3. Tungstenskæring med smeltelige materialer.

Slibning og slibning bør udføres med diamant- og alborværktøj, sjældnere korund.

Svejsning af dette ildfaste metal udføres hovedsageligt under påvirkning af en elektrisk lysbue, wolfram- eller kulelektroder i en inert gas- eller væskeafskærmning. Kontaktsvejsning er også muligt.

Dette særlige kemiske element har egenskaber, der får det til at skille sig ud fra mængden. Så, for eksempel kendetegnet ved høj varmebestandighed og slidstyrke, forbedrer det kvaliteten og skæreegenskaberne af legeret wolframholdigt stål, og dets høje smeltepunkt gør det muligt at fremstille glødetråde til pærer og elektroder til svejsning.

Application

Sjældenhed, usædvanlighed og vigtighed bestemmer den udbredte brug i moderne teknologi af et metal kaldet Tungsten - wolfram. Egenskaber og anvendelse retfærdiggør de høje omkostninger og efterspørgsel. Højt smeltepunkt, hårdhed, styrke, varmebestandighed og modstandsdygtighed over for kemiske angreb og korrosion, slidstyrke og skæreegenskaber er dens vigtigste trumfkort. Brugstilfælde:

1. filamenter.
2. Legering af stål for at opnå højhastigheds-, slidbestandige, varmebestandige og varmebestandige jern-kulstoflegeringer, som bruges til fremstilling af bor og andet værktøj, stempler, fjedre og fjedre, skinner.
3. Produktion af "pulveriserede" hårde legeringer, hovedsagelig brugt som meget slidstærke skære-, bore- eller presseværktøjer.
4. Elektroder til TIG- og modstandssvejsning.
5. Produktion af dele til røntgen- og radioteknik, diverse tekniske lamper.
6. Special selvlysende maling.
7. Tråd og dele til den kemiske industri.
8. Forskellige praktiske småting, f.eks. jigs til fiskeri.

Forskellige legeringer, der indeholder wolfram, vinder popularitet. Omfanget af sådanne materialer er nogle gange overraskende - fra tung teknik til let industri, hvor stoffer med særlige egenskaber (f.eks. brandhæmmende) fremstilles.

Der er ingen universelle materialer. Hvert kendt element og skabte legeringer er kendetegnet ved deres unikke og nødvendighed for visse områder af livet og industrien. Nogle af dem har dog specielle egenskaber, der gør processer, der tidligere ikke var gennemførlige, mulige. Et sådant metal er wolfram. Dens anvendelse er ikke bred nok, ligesom stål, men hver af mulighederne er ekstremt nyttige og nødvendige for menneskeheden.